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News: Zäh wie eine Muschel

Auf der Suche nach neuen Ideen gucken die Forscher gerne in der Natur ab. Ob für Campingzeug, Kleidung oder Prothesen, widerstandsfähige Materialien, nach Möglichkeit fest und elastisch zugleich, werden überall gebraucht. Und wo findet man so außergewöhnlich robuste Stoffe in der Natur? Bei Muscheln! Meerohren oder Abalonen, bislang eher unter Gourmets geschätzt, sind nun auch bei den Materialwissenschaftlern beliebt.
< !–bine–> Das Geheimnis um den Aufbau der Meerohren (Meeresschnecken) scheint gelüftet und der Weg zu neuen synthetischen Stoffen bereitet. Die widerstandsfähige Schale, die zwar aus Calciumcarbonat (CaCO3) aufgebaut ist, aber in ihrer Bruchfestigkeit selbst CaCO3-Einkristalle um das Dreitausendfache schlägt, wird durch eine Art Klebstoff zusammengehalten. In der sperrholzartigen Schale verbindet ein Polymerkleber die einzelnen Kristallschichten. Die Belastbarkeit wird durch die molekulare Struktur dieser Polymere bestimmt, fand Daniel E. Morse mit seinen Kollegen von der University of California heraus.

Wie das Team aus Physikern, Chemikern und Molekularbiologen am 24. Juni 1999 in Nature veröffentlicht hat, besteht die Klebemasse aus Proteinschichten. Mit dem Atomkraft-Mikroskop konnten die Forscher an einzelnen Fasern ziehen und die Elastizität und Festigkeit individuell messen. Es stellte sich heraus, daß das Protein eine einzigartige "modulare" Struktur bildet, die wie eine Reihe von Federn oder Stoßdämpfer wirkt. Unter Belastung entzerren sich die Helices der einzelnen Bausteine und ziehen sich, wenn die Spannung nachläßt, wieder zusammen. Bevor das ganze Molekül zerbricht, reißen erst die Wasserstoffbrücken, die sich zwischen den einzelnen Windungen jeder Helix ausbilden. Diese relativ schwachen Bindungen können sich später wieder regenerieren, so daß das Protein, also die Klebemasse insgesamt, nicht nachhaltig geschädigt wird.

Die Erkenntnisse bieten den Materialforschen neue Möglichkeiten. Synthetische Fasern waren im allgemeinen entweder sehr fest wie Kevlar, das in kugelsicheren Westen verwendet wird, oder elastisch wie Silikon. Doch nun, wo Licht in das Geheimnis der Meerohren gekommen ist, können die Wissenschaftler anfangen, neue Stoffe zu entwickeln, elastisch und doch fest, eben zäh wie Meerohrenschalen.

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