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06.03.2018 | Funktionswerkstoffe | Nachricht | Onlineartikel

Proteinnanofasern mit definierten Eigenschaften

Autor:
Nadine Klein

Fasern aus Eiweißen finden sich in der Natur sehr häufig und weisen meist hervorragende Eigenschaften, wie hohe Festigkeit, Bioabbaubarkeit oder antibakterielle Wirkung auf. Jenaer Materialwissenschaftler ist es gelungen, solche Proteinfasern nachzubauen.

"Proteinfasern bestehen aus mehreren natürlichen Eiweiß-Makromolekülen", erklärt Prof. Dr. Klaus D. Jandt vom Otto-Schott-Institut für Materialforschung der Friedrich-Schiller-Universität Jena. "Die Natur baut diese Nanomaterialien, die einen Durchmesser von etwa einem Tausendstel eines menschlichen Haares aufweisen, durch Selbstorganisationsprozesse." Prof. Jandt und seiner Gruppe gelang es in den vergangenen Jahren, Proteinnanofasern aus den natürlichen Proteinen Fibrinogen und Fibronektin zu erzeugen und die Größe sowie die Struktur dieser Fasern zu steuern.

Die Idee war, zwei verschiedene Eiweiße in einer sich selbst zusammenbauenden Proteinnanofaser zu kombinieren, um so neue Fasereigenschaften zu erzeugen. Die Forscher nutzten dazu die Proteine Albumin und Hämoglobin. Beide Proteine wurden in Ethanol gelöst und anschließend auf 65 °C erwärmt. Dabei bildeten sich scheinbar selbstständig erstmals neue Hybrid-Proteinnanofasern, die beide Eiweiße enthielten. Dabei geben die Proteine sich quasi die Hand, das heißt, es verbinden sich ähnliche Abschnitte beider Proteine zu einer Faser. Um die Proteine nachzuweisen, wurde die sogenannte Tip-enhanced Raman Spectroscopy (TERS) eingesetzt. "Durch die extreme Empfindlichkeit des Verfahrens konnten wir die unterschiedlichen Proteine sogar ohne spezielle Markierungen unterscheiden und in enger Kooperation mit den Kollegen von Prof. Jandt auch eindeutig zuordnen", erklärt Prof. Deckert vom Leibniz-IPHT in Jena. 

Biomimetische Prinzipien für die Werkstoffe der Zukunft

In der Erzeugung und dem Nachweis der neuen Nanofasern sehen die Jenaer Forscher einen Durchbruch. Mit den innovativen Fasern können neue, größere Strukturen mit gewünschten Eigenschaften gezielt aufgebaut werden, die vorher nicht möglich waren. Netzwerke aus den neuen Nanofasern sollen in Zukunft zum Beispiel als neues Material zur Regeneration von Knochen und Knorpel genutzt werden. "Dadurch ist das Tor aufgestoßen für eine ganz neue Generation von funktionellen Materialien für die Medizintechnik, die Nanoelektronik, Sensorik oder die Optik, die auf natürlichen Stoffen und Bauprinzipien basieren", ist sich Prof. Jandt sicher.

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