Spinnenseide

Multifunktionale Spinnenseide – ein vielversprechender Werkstoff

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Der Begriff Spinnenseide umfasst eine Vielzahl unterschiedlicher Seidentypen, da jede Spinnenspezies über ihr individuelles Seidenrepertoire verfügt. Alle Seidentypen sind aus Proteinen aufgebaut. Für gewöhnlich sind Proteine aus 20 natürlich vorkommenden L-Aminosäuren zusammengesetzt, die durch Peptidbindungen linear miteinander verknüpft werden. Im Stoffwechsel lebender Organismen übernehmen Proteine in Form von Hormonen, Enzymen oder Antikörpern hochspezifische Aufgaben, wobei eine spezielle räumliche Faltung der Aminosäureketten für die Funktionalität erforderlich ist [2].

Spinnen passen ihre Seide dem Einsatzzweck an

Seidenproteine hingegen sind hochrepetitive Strukturproteine, die in einer langgestreckten Form vorliegen und durch Assemblierung fibrilläre Nanostrukturen ausbilden [3]. Die hohe Zähigkeit von Spinnenseidenfasern basiert auf der Verknüpfung von hydrophilen und hydrophoben Blöcken in und zwischen den Einzelmolekülen, die sich zu amorphen und kristallinen Bereichen anordnen. Im Belastungsfall verformen sich die amorphen Bereiche, nehmen also Energie auf, während die kristallinen Bereiche eine hohe Zugfestigkeit gewährleisten.

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Im Gegensatz zum Maulbeerspinner Bombyx mori, dessen Seide vor allem in Textilien eingesetzt wird, verfügen Radnetzspinnen über bis zu sieben verschiedene Seidenarten, die sich in ihren Eigenschaften stark unterscheiden und dabei hochspezifisch für unterschiedliche Aufgaben adaptiert sind. Jede dieser Seidenarten wird in einer separaten Drüse produziert. Allein für die Konstruktion ihres Netzes verarbeitet die Spinne bis zu fünf verschiedene Seidenarten (Bild 2), [4].

Für das stabile Grundgerüst des Netzes, also die Rahmenkonstruktion und die Speichen, verwendet die Spinne die sogenannte große Ampullenseide. Diese zeichnet sich durch eine hohe mechanische Stabilität aus und wird von der Spinne ebenfalls zur Selbstsicherung bei einem Sturz aus dem Netz eingesetzt.

Wandlungsfähiges Naturpolymer im Fokus der Forschung

Um ein hohes Maß an Sicherheit bei der Konstruktion und der Selbstsicherung zu gewährleisten, verfügt die Spinne über paarige Spinndrüsen, das heißt, sie verspinnt ein Doppelfilament. Bevor die Fangspirale angebracht wird, stabilisiert die Spinne die Konstruktion durch eine Hilfsspirale, die aus der sogenannten kleinen Ampullenseide besteht. Die Fangspirale muss in der Lage sein, die kinetische Energie eines einfliegenden Insekts aufzunehmen, ohne dabei zu reißen. Für diesen Zweck wird die Flagelliformseide verwendet, die eine hohe Dehnbarkeit besitzt. Um zu verhindern, dass die Beute vom Netz abprallt, werden die Fäden der Fangspirale häufig mit klebriger Aggregatseide beschichtet. Zum Verkleben der Fasern untereinander und zur Befestigung der Fäden an Oberflächen wird die Piriformseide der Spinne verwendet. Aufgrund ihrer außergewöhnlichen mechanischen Eigenschaften ist besonders die große Ampullenseide von Interesse für technische und medizinische Anwendungen.

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