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Biomaterial: Künstliches Perlmutt nach Vorbild der Muscheln

Dank seiner Schichtstruktur ist das Schalenmaterial der Mollusken gleichzeitig hart und stabil - nun hat eine Arbeitsgruppe seine Mikrostruktur nachgebildet.
Perle in Muschelschale auf HolztischLaden...

Perlmutt, das Material von Perlen und Muschelschalen, ist einer jener Stoffe, die der menschlichen Werkstofftechnik ihre Unzulänglichkeit vor Augen führt. Um es nachzubilden, braucht man hohe Temperaturen und spezielle Ausgangsstoffe, und das Ergebnis kommt an das Vorbild nicht heran. Nun allerdings hat eine Arbeitsgruppe um Shu-Hong Yu von der Chinesischen Universität für Wissenschaft und Technologie in Hefei einen Weg gefunden, das Material nach dem Vorbild seiner natürlichen Produzenten herzustellen – in diesem Fall der chinesischen Teichmuschel. Dank eines organischen Gerüsts, das die Kristallisation steuert und die Struktur festigt, erhielt das Team unter vergleichsweise milden Bedingungen einen Stoff mit dem Vorbild sehr ähnlichen Eigenschaften. Das künstliche Perlmutt ist etwa ein bis zwei Millimeter dick, aus Schichten kleiner Karbonatplättchen aufgebaut und widersteht im Test Rissbildung ähnlich dem Original.

Um das Kompositmaterial der Schalentiere nachzuahmen, sind allerdings mehrere Schritte nötig, in denen organische und anorganische Bestandteile in einheitlichen Schichten angeordnet werden. Das Team um Yu fällte dazu Lamellen aus dem Biopolymer Chitosan aus und setzte sie in einer chemischen Reaktion zu Chitin um. Durch diese Lamellenstruktur leitete die Arbeitsgruppe eine Salzlösung, aus der entlang der Lamellen Kristallplättchen aus Aragonit wuchsen – jener Variante des Kalziumkarbonats, aus der auch Muschelschalen bestehen. Schließlich fügte sie in die Zwischenräume der mineralisierten Lamellen das in Seide enthaltene Protein Fibroin ein und presste den Stapel bei 80 Grad Celsius zusammen. Das Ergebnis ist eine Schichtstruktur aus parallel orientierten Aragonitplättchen, die durch die faserigen Biomoleküle stabilisiert wird und sowohl äußerlich als auch in ihren mechanischen Eigenschaften dem natürlichen Perlmutt der Teichmuschel ähnelt.

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