{"id":48804,"date":"2018-01-09T06:45:15","date_gmt":"2018-01-09T05:45:15","guid":{"rendered":"https:\/\/rss.nova-institut.net\/public.php?url=http%3A%2F%2Fwww.innovations-report.de%2Fhtml%2Fberichte%2Fmaterialwissenschaften%2Fbiofilme-als-bauarbeiter.html"},"modified":"2017-12-20T12:03:29","modified_gmt":"2017-12-20T11:03:29","slug":"biofilme-als-bauarbeiter","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/biofilme-als-bauarbeiter\/","title":{"rendered":"Biofilme als Bauarbeiter"},"content":{"rendered":"

Wegen m\u00f6glicher Gefahren f\u00fcr Mensch oder Material werden Biofilme meist als Problem bek\u00e4mpft. Doch verf\u00fcgen diese Gemeinschaften von Algen, Pilzen oder Bakterien \u00fcber wissenschaftlich und technisch interessante Eigenschaften. Ein Team der Technischen Universit\u00e4t M\u00fcnchen (TUM) beschreibt Verfahren aus der Biologie, die Biofilme als Bauarbeiter von Strukturschablonen f\u00fcr neue Werkstoffe einsetzen, welche die Eigenschaften nat\u00fcrlicher Materialien besitzen. Dies war bislang nur eingeschr\u00e4nkt m\u00f6glich.<\/strong><\/p>\n

\"Rotalgen
Rotalgen bewegen sich zum Licht hin und scheiden dabei Ketten aus Zuckermolek\u00fclen aus. Durch zeitlich ver\u00e4nderliche Lichtmuster gewinnen die Forscher und Forscherinnen aus diesen langen, feinen Polymerf\u00e4den ma\u00dfgeschneiderte Schablonen, die sie f\u00fcr Funktionskeramiken verwenden. (Foto: v. Opdenbosch\/TUM)<\/figcaption><\/figure>\n

Ob Holz, Knochen, Perlmutt, oder Z\u00e4hne \u2013 \u00fcber Jahrmillionen sind solche Materialien durch die Evolution nach dem Prinzip angepasster Stabilit\u00e4t bei m\u00f6glichst geringem Gewicht optimiert worden. F\u00fcr viele technologische Entwicklungen lieferte die Natur die Blaupause. Beispiele daf\u00fcr sind Flugzeugfl\u00fcgel, der Klettverschluss oder die Oberfl\u00e4chenversiegelung per Lotuseffekt. Doch erreichen die Nachbauten nicht die strukturelle Komplexit\u00e4t des nat\u00fcrlichen Originals.<\/p>\n

\u201eIn der Natur finden sich viele Materialien mit Eigenschaften, die k\u00fcnstliche Stoffe in dieser Form nicht erreichen”, sagt Professor Cordt Zollfrank, der mit seinem Team am Lehrstuhl f\u00fcr Biogene Polymere am TUM Campus Straubing f\u00fcr Biotechnologie und Nachhaltigkeit (TUM CS) an Grundlagen f\u00fcr die Entwicklung neuer Werkstoffe forscht.<\/p>\n

Gr\u00f6\u00dfte Probleme auf der kleinsten Ebene<\/h3>\n

Als Schnittstelle zwischen Biologie und Technik sucht die Bionik nach dem Vorbild der Natur L\u00f6sungen f\u00fcr technische Probleme. So lange sie sich dabei darauf beschr\u00e4nkte, die Formen aus der Natur wie beispielsweise bei der Konstruktion von Flugzeugfl\u00fcgeln oder Schiffsr\u00fcmpfen als Vorlage f\u00fcr ihre Entwicklungen zu nehmen, hielten sich die Probleme in Grenzen. Anders verh\u00e4lt es sich bei der Nachahmung der Materialeigenschaften nat\u00fcrlicher Baustoffe. Denn diese befinden sich in den inneren Strukturen verankert, wo Fasern \u00fcber viele Gr\u00f6\u00dfenordnungen und \u00fcber verschiedene hierarchische Ebenen miteinander verkn\u00fcpft sind.<\/p>\n

\u201e\u00dcblicherweise finden sich die haupts\u00e4chlichen Ursachen der mechanischen Materialeigenschaften wie Elastizit\u00e4t, Festigkeit oder Z\u00e4higkeit auf den kleinsten Ebenen dieser Hierarchien, vor allem auf der Nanometer-Skala”, beschreibt Dr. Daniel Van Opdenbosch, Gruppenleiter an Zollfranks Lehrstuhl, und einer der Autoren des Artikels, das Hauptproblem bei der \u00dcbertragung auf technische Probleml\u00f6sungen. Wenn aber die Mikroorganismen selbst oder ihre Ausscheidungen den Werkstoff bilden, werden die technisch schwierigen komplexen Vernetzungen gleich mitgeliefert.<\/p>\n

Zukunft der Bionik<\/h3>\n

In einem Artikel f\u00fcr das Fachmagazin \u201eAdvanced Materials” stellen die Forscherinnen und Forscher der TU M\u00fcnchen gleich eine Reihe von Verfahren aus der Biologie vor, die mit Licht, W\u00e4rme, speziell pr\u00e4parierten Substraten oder anderen Reizen die Bewegungsrichtung von Mikroorganismen in ganz bestimmte Bahnen leiten. \u201eF\u00fcr die Materialforschung sind diese Erkenntnisse aus der Biologie zur Mikrobensteuerung durch gezielte Reize zukunftsweisend\u201c, sagt Professor Cordt Zollfrank. Denn damit bestehe die M\u00f6glichkeit, aus den Mikroben selbst oder ihren Sekreten ma\u00dfgeschneiderte Schablonen f\u00fcr neue Materialien mit nat\u00fcrlichen Strukturen herzustellen. \u201eMit unserem Artikel wollen wir zeigen, wo in den biologisch inspirierten Materialwissenschaften die Reise hingeht”, sagt der Professor.<\/p>\n

Ber\u00fchrungsfreie Formgebung<\/h3>\n

In Straubing wendet Daniel Van Opdenbosch mit seiner Gruppe bereits einige dieser Methoden erfolgreich an. Im Rahmen eines Reinhart Koselleck-Projektes der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) machen sich die Forscher und Forscherinnen dabei die speziellen Eigenschaften von Rotalgen zu Nutze, deren Bewegungsrichtung vom Lichteinfall abh\u00e4ngt, und die Ketten aus Zuckermolek\u00fclen ausscheiden. Durch zeitlich ver\u00e4nderliche Lichtmuster, die sie in das N\u00e4hrmedium der Algen projizieren, gewinnen die Forscher aus diesen langen, feinen Polymerf\u00e4den ma\u00dfgeschneiderte Schablonen, die sie f\u00fcr die Herstellung von Funktionskeramiken verwenden.<\/p>\n

Doch lassen sich mithilfe der Algen in beliebig viele Formen f\u00fcr ein breites Anwendungsfeld gestalten. Dieses reicht von Elektroden f\u00fcr Batterien \u00fcber neue Bildschirm- und Displaytechnologien bis hin zu Anwendungen in der Medizin etwa als Knochen- und Gewebeersatz. Das Wachsenlassen komplexer Mikrostrukturen wie ganzen Bauteilen und anderen hierarchisch strukturierten Materialien liegt zwar noch im Bereich des Vision\u00e4ren, r\u00fcckt aber durch die Grundlagenforschung der Straubinger Wissenschaftler der TUM in Reichweite.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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