Die Forschungsgruppe Molekulare Biomechanik (Leitung Dr. Frauke Gr\u00e4ter) am Heidelberger Institut f\u00fcr Theoretische Studien (HITS) erforscht mit rechnergest\u00fctzten Methoden, wie physikalische Kr\u00e4fte mit molekularen Prozessen zusammenwirken. Ein Gegenstand ihrer Forschung sind die faszinierenden Eigenschaften von Spinnenseide, die rei\u00dffester als Stahl ist. Neue Ergebnisse dazu ver\u00f6ffentlichten die HITS-Forscher gemeinsam mit Kollegen aus Shanghai und Stuttgart im Artikel “Silk Fiber Mechanics from Multiscale Force Distribution Analysis”, der jetzt im “Biophysical Journal” erschienen ist und \u00fcber die Wissenschaftswelt hinaus auch in den internationalen Medien bereits eine gewisse Resonanz erzielt hat.<\/b><\/p>\n
“Die Publikation ist Ergebnis eines interdisziplin\u00e4ren Projekts”, so Dr. Frauke Gr\u00e4ter.
“Wir haben physikalische Modelle biologischer Probleme mit ingenieurwissenschaftlichen Werkzeugen verkn\u00fcpft.” Beteiligt waren neben Wissenschaftlern des HITS auch Dr.-Ing. Bernd Markert (Institut f\u00fcr Mechanik, Uni Stuttgart) und Forscher am CAS-MPG Partner Institute of Computational Biology, Shanghai.<\/p>\n
Die genauen physikalischen Modelle des Aufbaus von Spinnenseide lassen sich mit heutigen Rechnerleistungen nur zum Bruchteil berechnen \u2013 einzelne Bausteine zu berechnen dauert selbst auf Supercomputern einige Monate. “Wir nutzen die Ergebnisse unserer eigenen bisherigen Berechnungen und skalieren sie auf die gesamte Seidenfaser hoch, \u00e4hnlich wie bei einer Hochrechnung”, erkl\u00e4rt Frauke Gr\u00e4ter. “Dazu berechnen wir sie mit den Methoden und Werkzeugen der Ingenieure, wie sie zum Beispiel bei einem Crash-Test angewendet werden.” Dadurch k\u00f6nnen die HITS-Forscher in ihren Computersimulationen der Frage nachgehen, wie die gesamte Seidenfaser auf mechanische Kraft regiert, wenn zum Beispiel daran gezogen wird.<\/p>\n
Das Ergebnis der Studie im “Biophysical Journal” zeigt, wie die Hauptbestandteile des Seidenproteins angeordnet sein m\u00fcssen, damit die optimale Rei\u00dffestigkeit und Elastizit\u00e4t erreicht werden. “Die Hauptbestandteile sind zum einen kristalline, also hoch geordnete, Bausteine und zum anderen weiche, ungeordnete Einheiten”, so Frauke Gr\u00e4ter.<\/p>\n
Bisher nahm man an, dass diese beiden Bestandteile in der Seide zuf\u00e4llig angeordnet sind. Die Heidelberger Forscher konnten nun zeigen, dass die Seide erst dann wirklich rei\u00dffest wird, wenn man die Bausteine regelm\u00e4\u00dfig in Scheiben anordnet \u2013 “wie die hauchd\u00fcnnen Scheiben einer Salami”, sagt Frauke Gr\u00e4ter.<\/p>\n
Bisher gibt es keinen Kunststoff, der sich mit den mechanischen Eigenschaften der Seide messen kann. “Unsere Computermodelle k\u00f6nnen den Polymerchemikern helfen, neue Materialien zu entwickeln, die zugleich sehr rei\u00dffest und elastisch sind”, res\u00fcmiert Gr\u00e4ter abschlie\u00dfend. <\/p>\n
Der wissenschaftliche Artikel im Original:<\/i><\/b>
Cetinkaya et al., Silk Fiber Mechanics from Multiscale Force Distribution Analysis, Biophysical Journal (2011), doi:10.1016\/j.bpj.2010.12.3712
Abstract (mit Download-M\u00f6glichkeit des gesamten Artikels): http:\/\/www.cell.com\/biophysj\/abstract\/S0006-3495%2810%2905256-2<\/a><\/p>\n