Bionik

Suche nach biologischen Klebstoffen

Was haben Salamander aus den nordamerikanischen Wäldern, Insekten aus Neuseeland und Zwergtintenfische aus Thailand gemeinsam? Sie alle produzieren Klebstoffe, um sich anzuheften, zu tarnen, zu verteidigen oder um Beute zu fangen.

Ambystoma opacum mit Klebstoff. (© Janek von Byern)

Im Rahmen eines neuen EU-Netzwerkprojekts werden ForscherInnen mit unterschiedlichem wissenschaftlichen Hintergrund diese und andere biologische Klebstoffe unter Laborbedingungen untersuchen und ihre Ergebnisse in neue bionische Klebstoffe für nützliche Anwendungen (Wundheilung, Gewebsregeneration, Lebensmittel, Kosmetik, Holzindustrie) einfließen lassen. Das Ludwig Boltzmann Institut für Traumatologie und die Universität Wien sind die österreichischen Projektpartner.

Millionen von Jahren hatte die Evolution Zeit, um Klebstoffe und Nanostrukturen zu entwickeln und zu optimieren, die auch unter extremen Umweltbedingungen funktionieren. Die Natur bietet uns viele Beispiele schier unmöglicher Leistungen – ein Insekt, das kopfüber auf nassen, schmutzigen oder sich bewegenden Oberflächen laufen kann, einen Wurm, der über große Distanz zielsicher klebrige Fäden auf Beutetiere schießt, oder einen Salamander, der innerhalb von Sekunden einer angreifenden Schlange den Mund zukleistert und so nicht gefressen werden kann.

Das neu gegründete Europäische Netzwerk für Bioadhäsion, finanziert durch COST (Projekt CA15216), vereinigt ForscherInnen aus Europa und der ganzen Welt, um die biologische Klebstoffforschung voranzubringen, und wird von Janek von Byern vom Ludwig Boltzmann Institut für Experimentelle und Klinische Traumatologie von Wien aus finanziell koordiniert. In den nächsten vier Jahren wollen sie die Vielfalt der biologischen Klebstoffe erforschen, verstehen und im weiteren Verlauf in praktische, bioinspirierte Anwendungen umsetzen. Ziel dabei ist es, bereits bestehende, teilweise giftige Klebstoffprodukte aus der Medizin und Kosmetik zu verdrängen und durch natürliche und ungiftige biologische Produkte zu ersetzen.

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Salamanderklebstoff (© Janek von Byern)

Das erste große Treffen aller TeilnehmerInnen findet am 6. und 7. März 2017 im Naturhistorischen Museum in Wien statt, wo die WissenschafterInnen, IngenieurInnen und UnternehmerInnen die Vielfalt der biologischen Klebstoffe und deren Funktionsweise diskutieren. Die Veranstalter hoffen auch, dass sich die TeilnehmerInnen durch die Exponate in den 39 Ausstellungshallen des Museums inspirieren lassen und vielleicht noch neue unbekannte Systeme entdecken und hinterfragen werden.

Damit die Veranstaltung nicht den typischen Elfenbeinturm-Effekt hat, werden die ForscherInnen am 6. März 2017 im Museumsfoyer lebende und praktische Beispiele aus der Klebstoffwelt vorführen, seien es Pflanzen, Tiere oder Roboter mit Geckofüßen, die die Wände hochkrabbeln. In Diskussion mit den BesucherInnen möchten die ForscherInnen auch das Bewusstsein für bioinspirierte Klebstoffe schaffen und ihre Vorteile im Vergleich zu kommerziellen industriellen und medizinischen Klebstoffen aufzeigen.

An diesem Treffen nehmen auch zwei Netzwerkmitglieder aus Wien teil, Janek von Byern vom Ludwig Boltzmann Institut für Experimentelle und Klinische Traumatologie und Norbert Cyran von der Core Facility Cell Imaging and Ultrastructure an der Universität Wien.

Sie untersuchen derzeit die Klebstoffsekrete nordamerikanischer Salamander, neuseeländischer Insekten, die in Höhlen leben, thailändischer Zwergsepien aus den Mangrovenflüssen und auch die heimische Weinbergschnecke, die sie vom Wiener Schneckenzüchter Andreas Gugumuck zur Verfügung gestellt bekommen.

Seit mehr als zehn Jahren sind die zwei Forscher weltweit unterwegs, um neue Klebstoffsysteme zu entdecken, die Verwendung dieser Klebstoffe in ihrer natürlichen Umgebung zu beobachten, und Proben von Klebstoffen und Tierchen zu sammeln, um sie dann im Labor zu analysieren. „Trotz der Vielzahl der Tiere und ihrer Klebstoffe, die wir in den letzten Jahren gesammelt und untersucht haben, haben wir nie zwei ähnliche Systeme gefunden. Jeder Klebstoff ist in seiner Zusammensetzung und Verwendung einzigartig", sagt Cyran. Neben der Grundlagenforschung sind die ForscherInnen vor allem auch daran interessiert, ihre Ergebnisse praktisch umzusetzen.

Und gerade hier bietet das Ludwig Boltzmann Institut für Experimentelle und Klinische Traumatologie unter der Leitung von Heinz Redl den Forschern die beste Plattform für eine bionische Umsetzung. Das angewandte Forschungsinstitut erforscht und verbessert seit mehr als 40 Jahren das körpereigene Gewebeklebemolekül Fibrin. Dieses Protein wird aus menschlichem Blutplasma gewonnen und spielt eine zentrale Rolle beim menschlichen Wundverschluss. „Bis heute ist Fibrin der einzige medizinische Klebstoff, der wirklich 'biologisch' ist. Es hat im Vergleich zu einer Vielzahl anderer medizinischer Produkte auf chemischer Basis keine Nebenwirkungen und wird zu 100 Prozent biologisch abgebaut", sagt Institutsleiter Redl.

„Unser Ziel in diesem EU-Netzwerk und darüber hinaus ist es, die vielfältigen biologischen Klebstoffe zu analysieren, die Klebewirkung zu verstehen und medizinische Prototypen zu entwickeln, damit sie in naher Zukunft für chirurgische Eingriffe eingesetzt werden können", ergänzt von Byern. Das Netzwerkprojekt bietet den Wiener Forschern die beste Möglichkeit, neue Partnerschaften zu schließen, um den Schritt von der Grundlagenforschung hin zur Anwendung zu vollziehen.

Wissenschaftlicher Kontakt:
Janek von Byern
Universität Wien und Ludwig Boltzmann Institut für Experimentelle und Klinische Traumatologie
E-Mail: Janek.von.Byern@trauma.lbg.ac.at

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