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Die Seidenraupe spinnt sich aus der ohnehin schon starken Naturfaser ihren Konkon. Nun haben chinesische Wissenschafter Seide noch widerstandsfähiger gemacht, indem sie den Raupen Graphen und Kohlenstoffnanoröhren zu fressen gaben.
Peking – Seide gilt auch ohne Zusätze schon als äußerst vielseitiges und widerstandsfähiges Material. Die feine aber feste Faser, aus der sich die Raupen des Seiden- oder Maulbeerspinners (Bombyx mori) ihre Kokons spinnen, wurde bereits vor über 5.000 Jahren im Indus-Gebiet und dem alten China zur Gewebeherstellung verwendet und ist der einzige natürlich vorkommende textile Endlos-Faden.
Für maßgeschneiderte Eigenschaften können Wissenschafter die Seide mittlerweile modifizieren, indem sie sie direkt behandeln oder der Nahrung der Raupen entsprechende Zusätze beimengen, etwa Farbe, antimikrobielle Substanzen oder leitfähige Polymere.
Nun ist es chinesischen Forschern gelungen, Seide mit einer ähnlichen Methode noch widerstandsfähiger zu machen: Ein Team um Yingying Zhang von der Tsinghua University in Peking gab Seidenraupen Graphen und Kohlenstoffnanoröhrchen zu fressen. Das im Fachjournal "Nano Letters" präsentierte Ergebnis waren Kohlenstoff-verstärke Seidenfäden mit verbesserten mechanischen Eigenschaften.
Konkret verfütterten die Forscher Maulbeerblätter, die sie mit einem 0,2-prozentigen Wasser-Kohlenstoffnanoröhrchen bzw. -Graphen-Gemisch besprüht hatten. Die Versuchstiere produzierten daraufhin Seidenfäden, die zumindest doppelt so widerstandsfähig sind wie herkömmliche Seide. Nachdem die Forscher die Seide auf über 1.000 Grad Celsius erhitzt hatten, waren die modifizierten Fasern auch in der Lage, Strom zu leiten.
Verbesserte Kristallstruktur
Die zusätzliche Festigkeit ist allerdings nicht allein auf das Graphen selbst zurückzuführen. Mikroskopische Untersuchungen zeigten, dass die so behandelten Proteine der "Super-Seide" eine regelmäßigere kristalline Struktur aufwiesen, die sich an den Kohlenstoffbeimengungen orientieren. Wie genau der Vorgang abläuft, bei der das Graphen in die Seide gleichsam eingebaut wird, ist unklar. Außerdem lässt sich derzeit noch nicht sagen, wie viele der aufgenommenen Nanopartikel es tatsächlich bis in die Fasern schaffen. Klar ist dagegen, dass ein bis zwei Nanometer dünne Kohlenstoffnanoröhrchen gegenüber dem Graphen die besseren Ergebnisse lieferten.
Nicht nur die erhöhte Festigkeit sondern vor allem die elektrische Leitfähigkeit macht dieses vergleichsweise leicht herstellbare Material besonders interessant. Zhang meint, die Spezialseide könnte künftig etwa für abbaubare medizinische Implantate, tragbare Elektronik oder haltbares Schutzgewebe eingesetzt werden. (red, 12.10.2016)