Wenn JKU-Forscher zu spinnen beginnen

Angst, Panik, Schrecken: Spinnen lösen beim Menschen vieles aus – bei den Wissenschaftern der Johannes-Kepler-Universität vor allem Faszination. Warum die achtbeinigen Tierchen nicht an ihren eigenen Netzen haften bleiben, das beschäftigte Forscher vom Institut für Medizin- und Biomechatronik und des Instituts für Angewandte Physik und führte sie in einem internationalen EU-Projekt zu einem Durchbruch in der Nanofaser-Forschung.

"Nanofasern sind weltweit immer häufiger in Anwendung, wie zum Beispiel in elektronischen Bauteilen, Osmoseanlagen zur Meerwasserentsalzung, in Brennstoffzellen oder auch in Hochleistungsfiltern", erklärt Sebastian Lifka vom Institut für Medizin- und Biomechatronik. "Sie sind leicht und strapazierfähig, haben aber den Nachteil, dass sie wegen der sogenannten Van-der-Waals-Kräfte sehr stark an Oberflächen haften bleiben."

Damit umzugehen ist schwierig: Die industriell verwendeten Fasern sind zwischen 10 und 800 Nanometer dick. Zum Vergleich: Ein menschliches Haar hat einen Durchmesser von ca. 70.000 Nanometern.

Also nahmen die Forscher Anleihen bei jenen, die seit 300 Millionen Jahren in dieser Causa Erfahrungen sammeln: bei Spinnen. Denn auch wenn es anders scheinen mag, Spinnen selbst sind nicht gegen die klebende Wirkung ihrer Netze immun.

Tierische Experten

Auch sie mussten Methoden entwickeln, um sich nicht in ihren eigenen Netzen zu verheddern. Im Laufe der Evolution wurden die Weber – die übrigens nicht zu den Insekten, sondern zu den Spinnentieren gehören und daher mit Skorpionen und Milben verwandt sind – zu Experten für Nanofaser-Technologie. Einige Arten haben das Calamistrum entwickelt: eine Struktur an den Hinterbeinen, die wie ein Kamm aussieht und durch seine Oberflächenbeschaffenheit dafür sorgt, dass die Spinne beim Weben des Netzes nicht an ihren eigenen Fäden hängen bleibt.

"Wir haben uns vom Calamistrum der Federfußspinne inspirieren lassen", sagt Lifka. "Allerdings haben Spinnfäden andere Durchmesser und Eigenschaften als Industriefasern. Aber uns ist es gelungen, das Prinzip umzusetzen und auch für technisch genutzte Fasern zu skalieren."

In einem Pilotversuch hat sich der Ansatz bei einer Elektrospinnanlage bereits bewährt. Bisher musste man kostspielige Zwischenschritte einbauen, um die fertigen Fasern von der Maschine ablösen zu können. Mit der neuen Methode können diese Schritte eingespart werden – eine Verbesserung, die auch in der Medizin Anwendung finden könnte.

In verschiedenen Versuchen zeigten die Forscher, dass die Haftung der Nanofasern mit der neuen Methode zwischen 60 und 95 Prozent geringer ausfällt.