Aus dem Kokon in die Klinik: Diese Seidenfasern sind zäh wie Kevlar

Seide gehört zu den ältesten Werkstoffen der Menschheit – und gilt dennoch als zerbrechlich und weich. Ein Forschungsteam der Tufts University, des Imperial College London und der University of Michigan hat nun gezeigt, dass Seidenfasern unter kontrolliertem Druck und gezielter Wärme zu einem Festkörper verschmelzen, dessen Zähigkeit an Kevlar heranreicht.

Neues Verfahren verarbeitet Seidenfasern ohne Auflösung

Der entscheidende Unterschied zur bisherigen Praxis liegt im Verzicht auf Auflösung. Wer Seide bisher für technische Anwendungen verarbeiten wollte, musste die Fasern in ihre Einzelproteine zerlegen – ein Prozess, der viel Wasser, Chemikalien und Energie verbraucht und die natürliche Faserstruktur zerstört. Das neue Verfahren belässt die Fasern intakt: Zunächst entfernt eine milde Sodalösung das klebrige Sericin, das die Insekten zum Bau ihrer Kokons benötigen. Dann richten die Forscher:innen die Fasern aus und pressen sie bei Temperaturen zwischen 125 und 215 Grad Celsius sowie Drücken zwischen 1.900 und 9.800 Atmosphären zusammen. Dabei werden die amorphen Bereiche der Faserproteine beweglich und verkleben die benachbarten Fasern miteinander – ohne jeden synthetischen Zusatz.

Stärke durch Hierarchie

Das Ergebnis ist ein hierarchisch aufgebauter Verbundwerkstoff, der in seiner Struktur an Holz erinnert: Faserbündel verlaufen in einer gemeinsamen Richtung und sind fest miteinander verbunden. Genau diese Verbindung überträgt Kräfte zwischen den Bündeln und erzeugt eine außergewöhnliche Gesamtfestigkeit. Im Labor übertrifft das Material Holz und Knochen und hält Beschuss stand besser als kohlenstofffaserverstärkte Polymere. Die Zähigkeit kommt an die von Kevlar heran.

Verarbeitungstemperatur und -druck bestimmen, wie dicht die Fasern verschmelzen – und damit die Materialeigenschaften. Geringere Werte ergeben eine lockerere Struktur, höhere eine dichtere und in der Regel festere. Überschreitet die Temperatur jedoch ein bestimmtes Niveau, werden die Fasern spröde.

Implantate und 6G-Kommunikation

Für die Medizin interessant macht das Material vor allem seine Biokompatibilität. In Tierversuchen riefen implantierte Proben nur milde Immunreaktionen hervor, die mit der Zeit abklangen. Je nach Verarbeitungsdichte können Zellen langsam in das Material einwachsen – nützlich für regenerative Anwendungen – oder es bleibt stabil und widersteht dem Abbau im Körper. Forscherin Chunmei Li von der Tufts University sieht besonderes Potenzial in orthopädischen Einsatzgebieten: Schrauben, Platten und Stifte zur Fixierung von Knochenbrüchen könnten künftig aus fusionierter Seide gefertigt werden.

Daneben fand die Gruppe an der University of Michigan eine unerwartete optische Eigenschaft: Das Material ist für sichtbares Licht transparent und kann gleichzeitig Terahertz-Strahlung polarisieren – jenen Wellenlängenbereich zwischen Infrarot und Mikrowellen, der in der Sicherheitstechnik, der medizinischen Bildgebung und künftig in 6G-Kommunikationsnetzen genutzt werden soll. Polarisation erhöht dabei die Dichte verschlüsselbarer Informationen.

Ein weiterer Aspekt betrifft die Nachhaltigkeit: Gebrauchte Textilfasern lassen sich mit diesem Verfahren aufwerten, ohne sie zuvor chemisch zerlegen zu müssen. Als nächste Schritte planen die Forschenden, die Produktion zu skalieren und den Einsatz des Materials in Sensortechnologien zu erproben.

via Tufts University