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Junge Wissenschaft 87 // 2010
Neues
In einer wässrigen Umgebung lagern hier
die Seiden-Proteine in hoher Konzen-
tration und warten auf ihren Einsatz. Die
für die festen Quervernetzungen verantwortlichen
Bereiche dürfen sich dabei
nicht zu nahe kommen, da sonst die Ei-
weiße augenblicklich verklumpen wür-
den. Es musste also eine Art Speicher-
form dieser Moleküle geben. Die Untersuchungsmethode
der Wahl war die Kernmagnetische
Resonanz-Spektroskopie
(NMR), mit der die Struktur eines Regulationselements
aufgeklärt wurde, das für
die Bildung des festen Fadens verantwortlich
ist. "Unter den Speicherbedingungen
in der Spinndrüse sind immer zwei dieser
Regulationsbereiche so miteinander verknüpft,
dass die quervernetzenden Bereiche
beider Ketten nicht parallel zueinander
liegen können," erläutert Thomas
Scheibel die Ergebnisse. "Die Vernetzung
ist damit wirkungsvoll
unterbunden."
Die Eiweißketten
lagern sich dann
so zusammen, dass
polare Bereiche
außen sind und
die Wasser abweisenden
Teile der
Kette innen. Dies
stellt die gute Löslichkeit
in der wässrigen
Umgebung
sicher.“
Gelangen die so geschützten Proteine in
den Spinnkanal, finden sie dort eine völlig
andere Salzkonzentration und -zusammensetzung
vor. Die beiden Salzbrücken
der Regulatordomäne werden dadurch
instabil und die Kette kann sich entfalten.
Werkstofftechnik
Nicht mehr sichere Helme duften
Spinnenseiden sind inhomogen aufgebaut und erreichen so sowohl hohe
Festigkeit als auch hohe Elastizität. Wie ein solcher Faden in Sekundenbruchteilen
entsteht, wurde nun herausgefunden.
Durch die Strömung im engen Spinnkanal
treten zudem starke Scherkräfte auf.
Die langen Eiweißketten werden parallel
zueinander ausgerichtet, und nun liegen
auch die für die Quervernetzung verantwortlichen
Bereiche direkt nebeneinander.
Ein stabiler Spinnenseidenfaden entsteht.
Am Fraunhofer Institut für Werkstoffmechanik wurden Kunststoffe mit Mikrokapseln, die Duftöle enthalten,
entwickelt. So können kleine Risse zum Beispiel in Fahrradhelmen durch Duftstoffe angezeigt
werden.
Fahrradhelme sollen den Kopf des Trägers
schützen. Doch nur einwandfreie
Helme halten im Notfall, was sie versprechen.
Daher empfiehlt es sich, den Kopfschutz
nach einiger Zeit auszutauschen.
Aber wer erneuert schon gerne auf Verdacht
seine Ausrüstung?
Ein beschädigter Fahrradhelm setzt Duftstoffe frei. Rechts unten: die
aufgerissene Mikrokapsel. (Quelle: Fraunhofer IWM)
Daher haben Forscher des Fraunhofer-
Instituts für Werkstoffmechanik IWM in
Freiburg in Kooperation mit dem Fraunhofer-Institut
für Umwelt-, Sicherheits-
und Energietechnik in Oberhausen ein
Verfahren entwickelt haben, um Risse
durch Geruch erkennbar zu machen.
Die Forscher arbeiten
die Mikrokapseln als
Zusatzstoff in eine
Polypropylenmasse ein,
die sie dann im Spritzgussverfahren
zum endgültigen
Bauteil formen
können. Im Fall des
Fahrradhelms haben sie
die Kügelchen in eine
dicke Folie aus dem
Polymerwerkstoff Polypropylen
eingebracht.
Die Folie wird am
Kopfschutz befestigt.
Eine Schicht aus Melaminformaldehydharz
verschließt die Kapseln
geruchsdicht und mechanisch. Sie
schützt die Kügelchen, schließlich müssen
diese im Spritzgussverfahren Temperaturen
von 200 bis 300 Grad Celsius
aushalten und darüber hinaus statischen
Drücken von bis zu 100 bar standhalten
Das Verfahren eignet sich nicht nur für
alle schwer auf Defekte zu testenden
Teile wie Fahrrad-, Motorrad- oder Bauhelme.
Vielmehr lässt es sich auch zum
Überprüfen von Druckschläuchen wie
Waschmaschinenzuleitungen einsetzen,
die verdeckt verbaut sind. Geruchssensoren
könnten auch Kunststoffrohre
für die Wasser- und Gasversorgung auf
kritische Risse überwachen, da sie ausströmende
Duftstoffe über weite Entfernungen
hinweg registrieren. „Bei beschichteten
Bauteilen aus Metall wird
die Geruchsdetektion bereits eingesetzt.
Wir wenden das Verfahren erstmals auf
Polymerwerkstoffe an,“ erläutert einer
der Forscher.