{"id":159084,"date":"2025-03-03T07:05:00","date_gmt":"2025-03-03T06:05:00","guid":{"rendered":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/?p=159084"},"modified":"2025-03-03T09:59:27","modified_gmt":"2025-03-03T08:59:27","slug":"ein-superkleber-aus-korpereigenem-schleim","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/ein-superkleber-aus-korpereigenem-schleim\/","title":{"rendered":"Ein Superkleber aus k\u00f6rpereigenem Schleim"},"content":{"rendered":"\n\n
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Image by freepik<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n

Ein internationales Forschungsteam des Massachusetts Institute of Technology (MIT) in den USA und des Sonderforschungsbereichs \u201eDynamische Hydrogele an Biogrenzfl\u00e4chen\u201c an der Freien Universit\u00e4t Berlin hat einen neuartigen Klebstoff entwickelt, der die wasserfeste Klebrigkeit der Muschelplaques mit Schleim als keimabweisendem nat\u00fcrlichen Material kombiniert. Dieser neue, aus Schleim gewonnene Klebstoff verhindert die Ansammlung von Bakterien und beh\u00e4lt seinen klebrigen Halt selbst auf nassen Oberfl\u00e4chen. Die Forschenden erhoffen sich, dass der Klebstoff, sobald seine Eigenschaften optimiert sind, als Fl\u00fcssigkeit durch Injektion oder Spray aufgetragen werden k\u00f6nnte, die dann zu einem klebrigen Gel erstarrt. Das Material k\u00f6nnte zum Beispiel zur Beschichtung medizinischer Implantate verwendet werden, um Infektionen und die Ansammlung von Bakterien zu verhindern. <\/strong><\/p>\n\n\n\n

Die Ergebnisse wurden ver\u00f6ffentlicht in der Zeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) https:\/\/doi.org\/10.1073\/pnas.2415927122<\/a><\/strong><\/p>\n\n\n\n

Im Tierreich sind Muscheln Meister der Unterwasserhaftung: Die Meeresmuscheln tummeln sich auf Felsen und am Boden von Schiffen, und k\u00f6nnen sich dank eines Unterwasserklebers, den sie \u00fcber ihren Fu\u00df absondern, an den Wellen des Ozeans festhalten. Diese hartn\u00e4ckigen Klebestrukturen haben Wissenschaftler in den letzten Jahren dazu veranlasst, \u00e4hnliche bioinspirierte, wasserfeste Klebstoffe zu entwickeln.<\/p>\n\n\n\n

Jede Oberfl\u00e4che des menschlichen K\u00f6rpers, die nicht von Haut bedeckt ist, ist mit einer sch\u00fctzenden Schleimschicht ausgekleidet \u2013 einem schleimigen Netzwerk aus Glykoproteinen, die als physische Barriere gegen Bakterien und andere Infektionserreger wirkt. In ihrer neuen Arbeit kombinierten die Ingenieure klebrige, von Muscheln inspirierte Polymere mit aus Schleim gewonnenen Glykoproteinen, den Muzinen, um ein klebriges Gel zu bilden, das stark an Oberfl\u00e4chen haftet.<\/p>\n\n\n\n

Der neue Ansatz des Teams zur Herstellung von Klebstoffen k\u00f6nnte auch so angepasst werden, dass andere nat\u00fcrliche Materialien wie Keratin \u2013 eine faserige Substanz, die in Federn und Haaren vorkommt und bestimmte chemische Eigenschaften aufweist, die denen von Schleim \u00e4hneln – einbezogen werden.<\/p>\n\n\n\n

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\u201eDie Anwendungen unseres Materialdesign-Ansatzes werden von den spezifischen Vorl\u00e4ufermaterialien abh\u00e4ngen\u201c, sagt George Degen, Postdoktorand am MIT Department of Mechanical Engineering<\/strong>. \u201eAus Schleim gewonnene oder von Schleim inspirierte Materialien k\u00f6nnten zum Beispiel als multifunktionale biomedizinische Klebstoffe verwendet werden, die auch Infektionen verhindern. Oder die Anwendung unseres Ansatzes auf Keratin k\u00f6nnte die Entwicklung nachhaltiger Verpackungsmaterialien erm\u00f6glichen.\u201c<\/p>\n<\/blockquote>\n\n\n\n

Ein Artikel, der die Ergebnisse des Teams im Detail beschreibt, erschien am Montag (17. Februar 2024) in den Proceedings of the National Academy of Sciences<\/em>. Zu Degens MIT-Koautoren geh\u00f6ren Corey Stevens, Gerardo C\u00e1rcamo-Oyarce, Jake Song, Katharina Ribbeck und Gareth McKinley, sowie Raju Bej, Peng Tang und Rainer Haag, Chemieprofessor der Freien Universit\u00e4t Berlin. Die international Zusammenarbeit ist Teil der Arbeit des Sonderforschungsbereichs \u201eDynamic hydrogels at biointerfaces\u201d (www.sfb1449.de), dem Katharina Ribbeck und Rainer Haag angeh\u00f6ren.<\/p>\n\n\n\n

Eine klebrige Kombination<\/h3>\n\n\n\n
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Bevor er zum MIT kam, war George Degen Doktorand an der University of California, Santa Barbara, wo er in einer Forschungsgruppe arbeitete, die die Haftmechanismen von Muscheln untersuchte. \u201eMuscheln sind in der Lage, Materialien abzulagern, die innerhalb von Sekunden bis Minuten auf nassen Oberfl\u00e4chen haften\u201c, sagt Degen<\/strong>. \u201eDiese nat\u00fcrlichen Materialien haften besser als kommerzielle Klebstoffe, insbesondere auf nassen Oberfl\u00e4chen und unter Wasser, was seit Langem eine technische Herausforderung darstellt.<\/p>\n<\/blockquote>\n\n\n\n

Um an einem Felsen oder einem Schiff zu haften, scheiden Muscheln eine proteinreiche Fl\u00fcssigkeit aus. Chemische Bindungen oder Vernetzungen dienen als Verbindungspunkte zwischen den Proteinen und erm\u00f6glichen es der abgesonderten Substanz, sich gleichzeitig zu einem Gel zu verfestigen und an einer nassen Oberfl\u00e4che zu haften.<\/p>\n\n\n\n

Zuf\u00e4lligerweise finden sich \u00e4hnliche Vernetzungsmerkmale in Muzin \u2013 einem Protein, das der wichtigste nicht-w\u00e4ssrige Bestandteil von Schleim ist. Als Degen ans MIT kam, arbeitete er mit McKinley, einem Professor f\u00fcr Maschinenbau und Experten f\u00fcr Materialwissenschaften und Fl\u00fcssigkeitsstr\u00f6mungen, und Katharina Ribbeck, einer Professorin f\u00fcr Bioingenieurwesen und f\u00fchrend in der Erforschung von Schleim, zusammen, um einen vernetzenden Klebstoff zu entwickeln, der die Klebeeigenschaften von Muschelplaques mit den bakterienhemmenden Eigenschaften von Schleim verbindet.<\/p>\n\n\n\n

Die Links mischen<\/h3>\n\n\n\n

Die MIT-Forscher haben sich mit Rainer Haag und anderen Forschenden in Berlin zusammengetan, die sich auf die Synthese von bioinspirierten Materialien spezialisiert haben. Rainer Haag und Katharina Ribbeck sind Mitglieder einer gemeinsamen Forschungsgruppe, die dynamische Hydrogele f\u00fcr Bioschnittstellen entwickelt. Haags Gruppe hat muschel\u00e4hnliche Klebstoffe sowie von Schleim inspirierte Fl\u00fcssigkeiten hergestellt, indem sie mikroskopisch kleine, faserartige Polymere produzierte, die in ihrer Struktur den nat\u00fcrlichen Muzinen \u00e4hneln.<\/p>\n\n\n\n

F\u00fcr ihre neue Arbeit konzentrierten sich die Forscher auf ein chemisches Motiv, das in den Klebstoffen der Muschel vorkommt: eine Bindung zwischen zwei chemischen Gruppen, die als \u201eCatechole\u201c und \u201eThiole\u201c bekannt sind. Im nat\u00fcrlichen \u201eKlebstoff\u201c der Muschel, dem Plaque, verbinden sich diese Gruppen zu Catechol-Thiol-Vernetzungen, die zur Koh\u00e4sionskraft des Plaques beitragen. Catechine verbessern auch die Adh\u00e4sion der Muschel, indem sie sich an Oberfl\u00e4chen wie Felsen und Schiffsr\u00fcmpfe binden.<\/p>\n\n\n\n

Es erwies sich, dass Thiolgruppen auch in Mucinen weit verbreitet sind. George Degen untersuchte, ob von Muscheln inspirierte Polymere sich mit Mucin-Thiolen verbinden k\u00f6nnten, sodass sich die Mucine schnell von einer Fl\u00fcssigkeit in ein klebriges Gel verwandeln k\u00f6nnen. Um diese Idee zu testen, kombinierte er L\u00f6sungen nat\u00fcrlicher Muzinemit synthetischen, von Muscheln inspirierten Polymeren und beobachtete, wie sich die resultierende Mischung mit der Zeit aufl\u00f6ste und an Oberfl\u00e4chen haftete.<\/p>\n\n\n\n

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\u201eEs ist wie ein Zweikomponentenkleber, bei dem man zwei Fl\u00fcssigkeiten miteinander kombiniert, und die Chemie beginnt zu wirken, indem sich die Fl\u00fcssigkeit l\u00f6st, w\u00e4hrend sich die Substanz gleichzeitig an die Oberfl\u00e4che klebt\u201c, sagt George Degen<\/strong>. <\/p>\n\n\n\n

\u201eJe nach Vernetzungsgrad k\u00f6nnen wir die Geschwindigkeit steuern, mit der die Fl\u00fcssigkeiten gelieren und haften\u201c, erl\u00e4utert Rainer Haag<\/strong>. \u201eWir k\u00f6nnen das alles auf nassen Oberfl\u00e4chen, bei Raumtemperatur und unter sehr milden Bedingungen machen. Das ist das Einzigartige.\u201c<\/p>\n<\/blockquote>\n\n\n\n

Das Team trug verschiedene Mischungen zwischen zwei Oberfl\u00e4chen auf und stellte fest, dass der resultierende Klebstoff die Oberfl\u00e4chen mit Kr\u00e4ften zusammenhielt, die mit den handels\u00fcblichen medizinischen Klebstoffen vergleichbar sind, beispielsweise jenden, die zum Verkleben von Gewebe verwendet werden. Das internationale Forschungsteam testete auch die bakterienhemmenden Eigenschaften des Klebstoffs, indem sie das Gel auf Glasoberfl\u00e4chen auftrugen und diese \u00fcber Nacht mit Bakterien bebr\u00fcteten.<\/p>\n\n\n\n

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\u201eWir stellten fest, dass die Bakterien auf einer blanken Glasoberfl\u00e4che ohne unsere Klebstoffbeschichtung einen dicken Biofilm bildeten, w\u00e4hrend mit unserer Beschichtung Biofilme weitgehend verhindert wurden\u201c, sagt George Degen<\/strong>.<\/p>\n<\/blockquote>\n\n\n\n

Nach Einsch\u00e4tzung der Forschenden kann mit ein wenig Tuning die Haftf\u00e4higkeit des Klebstoffs weiter verbessert werden. Wenn dies gelingt k\u00f6nnte das Material eine starke und sch\u00fctzende Alternative zu bestehenden medizinischen Klebstoffen sein.<\/p>\n\n\n\n

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\u201eWir freuen uns, dass wir eine Plattform f\u00fcr das Materialdesign geschaffen haben, die uns diese w\u00fcnschenswerten Eigenschaften der Gelierung und Adh\u00e4sion bietet, und als Ausgangspunkt haben wir wichtige biomedizinische Anwendungen demonstriert\u201c, sagt George Degen<\/strong>. \u201eWir sind nun bereit, unsere Arbeit auf andere synthetische und nat\u00fcrliche Systeme auszuweiten und andere Anwendungen anzustreben. Diese Forschung wurde zum Teil von der Deutschen Forschungsgemeinschaft, den National Institutes of Health, der National Science Foundation und dem Army Research Office finanziert.”<\/p>\n<\/blockquote>\n\n\n\n

(\u00fcbersetzte Textquelle: Jennifer Chu, MIT News)<\/em><\/strong><\/p>\n\n\n\n

Weitere Informationen<\/h3>\n\n\n\n