Nachhaltiges Seidenmaterial für biomedizinische, optische und lebensmitteltechnische Anwendungen
Die einzigartigen und vielseitigen Eigenschaften von Seide bieten viele Möglichkeiten für zukünftige Technologien
Seide ist zwar vor allem als Bestandteil von Kleidung und Stoffen bekannt, doch das Material hat zahlreiche Verwendungsmöglichkeiten, die von der Biomedizin bis zur Umweltwissenschaft reichen. In der Zeitschrift Applied Physics Reviews, die vom AIP-Verlag herausgegeben wird, erörtern Forscher der Tufts University die Eigenschaften von Seide sowie aktuelle und zukünftige Anwendungen des Materials.
Seide wird in Nanomustern, elektronischen Geräten, nachhaltigen Lebensmitteln, tragbaren Sensoren, der Erkennung bakterieller Verunreinigungen und der additiven Fertigung eingesetzt.
Giulia Guidetti et al.
Seide ist ein wichtiges Biomaterial, da sie beim Menschen keine Immunreaktion hervorruft und das Wachstum von Zellen fördert. Sie wurde bereits für die Verabreichung von Medikamenten eingesetzt, und da das Material flexibel ist und günstige technologische Eigenschaften aufweist, ist es ideal für tragbare und implantierbare Sensoren zur Gesundheitsüberwachung.
Als optisch transparentes und leicht manipulierbares Material im Nano- und Mikrobereich ist Seide auch in der Optik und Elektronik von Nutzen. Sie wird unter anderem zur Entwicklung von diffraktiven Optiken, photonischen Kristallen und Wellenleitern verwendet.
In jüngster Zeit ist Seide in den Mittelpunkt der Nachhaltigkeitsforschung gerückt. Das Material kommt in der Natur vor und kann aus recycelten oder ausrangierten Kleidungsstücken und anderen Textilien wiederaufbereitet werden. Durch die Verwendung von Seidenbeschichtungen kann auch die Lebensmittelverschwendung verringert werden, die einen bedeutenden Anteil an der globalen CO2-Bilanz hat.
"Wir arbeiten weiter daran, die Integration verschiedener Disziplinen zu verbessern", so die Autorin Giulia Guidetti. "Wir können zum Beispiel Seide als biomedizinisches Gerät für die Verabreichung von Medikamenten verwenden, aber auch eine optische Reaktion in dasselbe Gerät integrieren. Das gleiche Verfahren könnte eines Tages in der Lebensmittelversorgungskette eingesetzt werden. Stellen Sie sich eine Beschichtung vor, die Lebensmittel konserviert, Ihnen aber auch anzeigt, wenn sie verdorben sind.
Seide ist vielseitig und herkömmlichen Materialien oft überlegen, da sie leicht chemisch modifiziert und auf bestimmte Eigenschaften abgestimmt oder je nach Endverwendung in eine bestimmte Form gebracht werden kann. Um diese Aspekte zu kontrollieren und zu optimieren, muss man jedoch den Ursprung des Materials verstehen.
Der Aufbau von Seide durch Seidenraupen von unten nach oben wird seit langem untersucht, aber ein vollständiges Bild ihres Aufbaus fehlt noch. Das Team betont, wie wichtig es ist, diese Prozesse zu verstehen, da sie es ihnen ermöglichen könnten, das Material effektiver und mit mehr Kontrolle über die endgültige Funktion herzustellen.
"Eine große Herausforderung besteht darin, dass die Natur sehr gut darin ist, Dinge wie die Herstellung von Seide zu bewerkstelligen, aber sie deckt einen enormen Raum von Parametern ab", so der Autor Fiorenzo Omenetto. "Für die Technologie wollen wir etwas mit Wiederholbarkeit herstellen, was voraussetzt, dass wir in der Lage sind, einen Prozess zu kontrollieren, der eine inhärente Variabilität aufweist und über Jahrtausende hinweg perfektioniert wurde.
Die Wissenschaftler hoffen, dass in Zukunft mehr Materialien und Geräte Seide verwenden werden, möglicherweise als integraler Bestandteil von Sensoren zur Gewinnung neuer Daten über Mensch und Umwelt.
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