Zart und dennoch robust: Neue Erkenntnisse über Spinnenseide gewonnen

(26.07.2016) Physiker der Universität Leipzig haben gemeinsam mit ausländischen Partnern bei Experimenten mit Laserstrahlen völlig neue Erkenntnisse über die Beschaffenheit von Spinnenseide gewonnen.

Sie fanden heraus, dass die Schallausbreitung innerhalb der Verzweigungen Anomalien aufweist, die beispielsweise die Ausbreitung mechanischer Schwingungen für bestimmte Frequenzen blockiert.


Zart und zäh zugleich: Spinnenseide. Raffinierte Hierarchie und Ordnung auf verschiedensten Längenskalen
Dies wird dem hierarchischen Aufbau von Spinnenseide zugeschrieben, das heißt den raffinierten Verflechtungen in ganz unterschiedlichen Größenordnungen. Die Wissenschaftler veröffentlichten ihre Forschungsergebnisse jetzt in dem renommierten Fachjournal "Nature Materials".

"Die Seide aus den Netzwerken von Spinnen zeichnet sich durch außerordentliche mechanische Eigenschaften aus. Sie hat die höchste Zähigkeit aller natürlichen und künstlichen Materialien, die es gibt.

Sie ist damit schon lange im Zentrum weltweiter Forschungsaktivitäten", erklärt Prof. Dr. Friedrich Kremer vom Institut für Experimentelle Physik I der Universität Leipzig, der sich seit mehr als zehn Jahren mit diesem Thema beschäftigt.

Im konkreten Fall haben die Wissenschaftler die Spinnenseide durch starke Laserstrahlen in Schwingungen versetzt. Das Licht wurde reflektiert. "Daraus ist die Geschwindigkeit ablesbar, mit der sich der Schall in der Spinnenseide ausbreitet", sagt Kremer.

Die Anomalien, die dabei festgestellt wurden, wiesen sonst nur ganz speziell aufgebaute, künstliche hergestellte "Metamaterialien" auf. Erstmals ist es nun den Forschern in Zusammenarbeit mit Partnern aus Griechenland, den USA und Singapur gelungen, diese in einem natürlichen Material nachzuweisen.

Spinnenseide könnte künftig aufgrund ihrer besonderen Eigenschaften in vielen Bereichen Anwendung finden. So könne sie bei schweren Verbrennungen als leichtes und dennoch stabiles Stützgewebe eingesetzt werden, das Wundflüssigkeit abfließen lässt. Auch als Fäden bei Operationen sei das biologisch abbaubare Material denkbar.

Ebenso könnten kugelsichere Westen mit der robusten Spinnenseide hergestellt werden und seien dann wesentlich leichter als die heutigen Modelle.

"Das ist ein riesiges Potenzial", betont Kremer. Je mehr über die Struktur und die Eigenschaften von Spinnenseide bekannt ist, desto schneller könnten diese Anwendungen in die Praxis umgesetzt werden.

Publikation

"Nonlinear control of high-frequency phonons in spider silk" DOI: 10.1038/nmat4697



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