Wo Spinnenseide zum Einsatz kommt
Wenn Spinnen ihre Seidenproduktion starten, lässt dies Forscher und Wissenschaftler regelmäßig vor Neid erblassen. Spinnenseide wiegt fast nichts und ist elastischer als Gummi. Sie ist fünfmal reißfester als Stahl und dreimal so reißfest wie die stabilste Synthetikfaser, die bisher bekannt ist. In Sachen Elastizität und Reißfestigkeit ist die natürliche Spinnenseide somit ganz klar unübertroffen.
Seit Jahren wird deshalb mit Hockdruck nach einer Möglichkeit geforscht, die Superfäden technisch herzustellen. Der ganz große Durchbruch lässt bislang aber noch auf sich warten.
Inhalt
Was Spinnenseide so einzigartig macht
Nicht jede Spinnenart spinnt überhaupt Netze und wenn, dann arbeitet jede Spinnenart nach eigenen Mustern. Teilweise unterscheiden sich sogar die Netze innerhalb einer Spinnenart, die Netze von älteren Spinnen beispielsweise sehen anders aus als die von jüngerer Spinnen.
Im Prinzip entwickelt also jede Spinne im Laufe ihres Lebens einen eigenen Stil. Gemeinsam ist ihnen allen aber, dass sie überaus faszinierende Fäden produzieren.
So sind Spinnenseidenfäden rund acht- bis zehnmal feiner als ein menschliches Haar und bringen so gut wie kein Gewicht auf die Waage. Ein Spinnenseidenfaden, der so lang ist, dass er einmal um die Weltkugel gewickelt werden könnte, würde weniger als 200 Gramm wiegen.
Durch sein Gewicht würde ein Spinnenseidenfaden erst bei einer Länge von etwa 70 bis 80 Kilometern reißen. Bei einem Stahlfaden in der gleichen Stärke wäre dies schon nach 20 bis 30 Kilometern der Fall.
Auch die besten synthetischen Fasern wie beispielsweise Kevlar können der Spinnenseide in Sachen Dehnbarkeit und Stabilität nicht das Wasser reichen. So hält Spinnenseide der dreifachen Menge an kinetischer Energie stand, bevor sie reißt.
Wofür wird Spinnenseide nun verwendet?
Dass Spinnenseide ein ganz besonders Material ist, haben die Menschen schon sehr früh erkannt. So wurden beispielsweise im Mittelalter Stoffe für Kleidungsstücke aus Spinnenseide gewebt.
Die enorm aufwändige Herstellung machte die Stoffe aber unglaublich teuer, so dass Kleidungsstücke und Accessoires aus Spinnenseide echte Statussymbole waren, die die Macht und den Reichtum des Trägers zur Schau stellten.
Die hohe Belastbarkeit und der geringe Durchmesser waren zwei Gründe dafür, dass die seidenen Fäden der Spinne bis zum Zweiten Weltkrieg bei der Herstellung von Fadenkreuzen für Flugzeuge und U-Boote Verwendung fanden.
In Polynesien wiederum dienen Spinnen schon seit Jahrhunderten als eine Art Nutztier.
So setzen Fischer die heimischen, etwa handtellergroßen Spinnen in Bambusrahmen und lassen sie bis zu sechs Quadratmeter große Netze weben. Die Kescher, die dadurch entstehen, kommen beim Fischfang zum Einsatz.
Forscher und Wissenschaftler geben sich schon seit Jahren alle Mühe, ein Produktionsverfahren zu entwickeln, durch das Spinnenseidenfäden hergestellt werden können.
Das Interesse ist groß, denn das Biomaterial mit den beeindruckenden Eigenschaften könnte überall dort Anwendung finden, wo die Kriterien Stabilität, Dehnbarkeit und geringes Gewicht eine Rolle spielen.
Einsatzgebiete wären beispielsweise die Raumfahrttechnologie, der Brückenbau, technische Fasern im Automobilbau oder auch kugelsichere Westen, die Patronen zuverlässig abhalten und gleichzeitig sehr leicht sind.
Aber auch eine Verwendung für Fallschirme, Seile oder ganz alltägliche Dinge wie Strumpfhosen wäre denkbar.
Die große Herausforderung für die Forscher und Wissenschaftler ist der Spinnvorgang als solches. Die Seidenproteine sind in den Spinndrüsen in eine wässrige Lösung eingebettet.
Erst das Zusammenspiel aus komplexen chemischen Vorgängen im Spinnkanal und einem gleichmäßigen, konstanten Zug aus der Spinnwarze heraus bewirkt, dass sich die Seidenproteine so ausrichten, dass der elastische und reißfeste Seidenfaden entsteht.
2010 ist es dem Team um Biochemiker Prof. Dr. Thomas Seibel von der Universität Bayreuth gelungen, den komplizierten Spinnvorgang an sich aufzuschlüsseln. Dies war ein wichtiger Schritt für die Spinnenseidenforschung.
In Zusammenarbeit mit der TU München wurden Verfahren entwickelt, durch die die Seidenproteine als Grundbausteine der Seidenfäden biochemisch hergestellt werden können.
Deshalb ist es schon heute möglich, die Rohproteine zu hauchdünnen Beschichtungen, Folien, Kugeln und Kapseln für beispielsweise Medikamente zu verarbeiten. Die Produktion von Seidenfäden ist derzeit technisch aber noch nicht möglich, auch wenn in Gemeinschaftsprojekten mit der Industrie mit Nachdruck daran gearbeitet wird.
Wie Spinnenseide beschädigte Nerven reparieren könnte
Spinnenseide ist nicht nur für die Industrie interessant, sondern die Fortschritte in der Spinnenforschung werden auch von der Medizin aufmerksam verfolgt. Bereits die alten Griechen und Römer setzten Spinnenseide als Naht- und Verbandsmaterial ein.
Seidenfäden verfügen über antiseptische Eigenschaften, sind biokompatibel und vollständig biologisch abbaubar. Eine Abstoßreaktion des Immunsystems sind deshalb praktisch ausgeschlossen.
Da Spinnenseide derzeit aber noch nicht technisch hergestellt werden kann, muss die Spinnenseide durch Melken gewonnen werden. An der Medizinischen Hochschule Hannover gehört dieses Melken zum Laboralltag.
Hier werden goldene Radnetzspinnen betäubt und unter einer Gaze fixiert. Anschließend wird der Seidenfaden mit einer eigens dafür entwickelten Spule herausgezogen. Die Ausbeute liegt bei etwa 150 bis 200 Metern Seidenfaden.
Die beiden Forscherinnen Christina Allmeling und Dr. Kerstin Reimers-Fadhlaoui, die diesen Melkvorgang vornehmen, erforschen schon seit 2004, wie Spinnenseide in der Neurochirurgie eingesetzt werden könnte.
Christina Allmeling erhielt 2007 für ihre Arbeit den Innovationspreis der deutschen Bioregionen. Die Idee ist folgende: Erleidet ein Mensch einen Unfall, bei dem Nervenzellen im Gesicht oder an den Gliedmaßen durchtrennt werden, kehrt das Gefühl in den betroffenen Partien oft nicht mehr zurück.
Periphere Nerven können sich zwar grundsätzlich regenerieren, bei größeren Defekten finden sie aber häufig nicht mehr zusammen. In der Folge wachsen sie in falsche Richtungen nach, während sich am Nervenstumpf ein narbiges Gewebe bildet.
Ein Transplantat aus Spinnenseidenfäden, das auf die Enden der Nerven aufgesetzt wird, könnte wie eine Art Rettungsleine oder Geländer fungieren und den nachwachsenden Nerven den richtigen Weg weisen.
Mit Ratten wurden solche Versuche bereits erfolgreich durchgeführt. Vielleicht gelingt es schon bald, diese Erkenntnisse auch in der Humanmedizin zu nutzen.
Spinnenseide ist nicht gleich Spinnenseide
Spinnen besitzen mehrere Spinndrüsen, die verschiedene Fadentypen erzeugen – jeweils optimiert für eine Aufgabe:
- Rahmen-/Tragfäden (major ampullate, „Dragline Silk“)
- Hilfs- und Brückenfäden (minor ampullate)
- Fangspiralen (flagelliform, extrem dehnbar)
- Eikokons (tubiliform), Beuteeinwicklung (aciniform), Klebepunkte (pyriform)
Warum ist das wichtig?
Weil sich Eigenschaften, Proteinzusammensetzung und Verarbeitbarkeit je nach Fadentyp deutlich unterscheiden – und damit auch die industriellen Einsatzszenarien.
Was die Superfaser im Inneren so besonders macht
Spinnenseide besteht aus Spidroinen – großen Proteinen mit zwei „Gesichtern“:
- β-Faltblatt-Kristallite (winzige Kristallbereiche) liefern Reißfestigkeit.
- Amorphe, gummiartige Domänen sorgen für Dehnbarkeit.
Dieses Mikro-Sandwich erklärt, warum Seide Energie schluckt, statt spröde zu brechen. Die Feinstruktur entsteht erst im Spinnkanal durch pH-Gradienten, Ionenwechsel und Scherkräfte – ein biologischer „Mikro-Extruder“, den die Technik erst nachahmen lernen muss.
Wege zur künstlichen Spinnenseide – und wo es hakt
Der Kern des Scale-ups: viel Protein in gleichbleibender Qualität herstellen und anschließend kontrolliert verspinnen.
Heute dominieren vier Pfade:
- Mikroben-Fermentation (E. coli, Hefe): robust, aber Spidroine sind groß → oft verkürzte Varianten oder Modul-Konstrukte.
- Insekten-/Säugerzellen: bessere Post-Translational Modifications, dafür teurer.
- Transgene Organismen (z. B. Pflanzen, Ziegenmilch): spannend, aber Skalierung/Ethik/Regulatorik.
- Chemisch-synthetische Peptid-Bausteine: präzise, jedoch für Massenproduktion selten wirtschaftlich.
Vom Dope zum Faden:
- Nassspinnen (Spinndüse → Fällbad): industriell am greifbarsten.
- Mikrofluidik (pH/Salz/Scher-Profile nachbilden): nahe an der Natur.
- Elektrospinnen: erzeugt Nanofaservliese – ideal für Filter, Wundauflagen und Gewebe-Gerüste, weniger für lange, glatte Filamente.
Die großen Stolpersteine? Rheologie des Protein-„Dopes“, molekulare Ausrichtung beim Ausziehen, Lösungsmittelrückgewinnung und Qualitätskonstanz über viele Chargen.
Medizin: mehr als Nervenbrücken
Deine Nerven-Passage führt ideal ins medizinische Ökosystem.
Heute werden vor allem Formteile aus (re)kombinanter Spinnenseide getestet:
- Wundauflagen & Hämostatika: atmungsaktiv, biokompatibel, feuchtigkeitsregulierend.
- Nahtmaterial & Mikro-Ligaturen: weiches Handling, gute Gewebeverträglichkeit.
- Tissue-Engineering-Gerüste: Haut-, Knorpel-, Knochen-Regeneration; als Hydrogel oder Vlies (Elektrospinnen).
- Drug-Delivery-Kapseln: Seide kapselt Wirkstoffe, setzt sie langsam frei und lässt sich sterilisieren (z. B. Gamma).
- Bio-Sensorik: Seidenfilme als transparente, flexible Träger für Elektroden/Enzyme.
Warum passt Seide so gut? Biokompatibel, abbaubar, geringe Entzündungsneigung – und die Oberfläche lässt sich funktionalisieren (z. B. mit RGD-Peptiden für Zelladhäsion oder antimikrobiellen Komponenten).
Hinweis: Biologische Unbedenklichkeit ersetzt keine Zulassung. Für Medizinprodukte gelten z. B. ISO-Normen und klinische Evidenz – je nach Klasse.
Technik & Leichtbau: wo die Reise realistisch hingeht
Heute schon nah:
- Beschichtungen (reibungsmindernd, biobasiert), Filtervliese (Feinstaub, Wasseraufbereitung), Akustik/Absorption (Nanofaser-Mats).
Morgen mit Scale-up:
- Faserverbund-Komposite (Seide + Harz/Keramik/Graphen) für Schwingungsdämpfung und Energieabsorption.
- Textile Leichtbauteile im Automobil (technische Fasern), Fallschirme, Seile, Schutzausrüstung (Stich-/Splitterschutz).
- Mikromechanik (weiche Greifer, Aktoren) dank zäh-elastischer Eigenschaften.
Ökologie, Ethik & Wirtschaftlichkeit
- Nachhaltigkeit: Seide ist biologisch abbaubar; lösungsmittelarme Prozesse und Rückgewinnung sind Hebel für die Ökobilanz.
- Ethik: Das „Melken“ einzelner Spinnen liefert hochreine Fäden, ist aber nicht skalierbar und wirft Tierschutzfragen auf.
- Ökonomie: Entscheidend sind Protein-Ausbeute (g/L), Downstream-Kosten, Energie für Trocknung/Lösungsmittel, Faden-Qualitätsmetriken (Zugfestigkeit, Dehnung, Zähigkeit) – konstant über Chargen.
Praktische Beispiele (greifbar & nah am Einsatz)
- Wundauflage aus Seiden-Nanofasern: saugfähig, atmungsaktiv, antimikrobiell beschichtbar.
- Nervenführungsröhrchen: innen mikrostrukturiert (Längsrippen) für gerichtetes Axonwachstum; außen resorbierbar.
- Membranfilter: einstellbare Porengröße durch Elektrospinnen – von Aerosol- bis Mikroplastik-Filtration.
Häufige Fragen
Ist Spinnenseide wirklich „stärker als Stahl“?
Sie hat höhere spezifische Zähigkeit (Energieaufnahme pro Masse) und kombiniert Festigkeit + Dehnung. Das ist für Leichtbau entscheidend.
Warum ist industrielle Fadenproduktion so schwer?
Weil Naturseide unter präzisen pH-/Ionen-/Scherbedingungen entsteht. Dope-Rheologie und Molekülausrichtung sind der Schlüssel.
Ist künstliche Seide automatisch nachhaltig?
Kommt auf Fermentation, Lösungsmittel, Energie und Recycling an. Das Prozessdesign entscheidet über die Bilanz.
Wo sehen wir zuerst marktreife Produkte?
Beschichtungen, Filter, medizinische Vlies-Anwendungen – hier braucht es keine kilometerlangen Filamente, sondern Flächenmaterial.
Mini-Glossar
Spidroin: Seiden-Proteinbaustein.
β-Faltblatt: kristalliner Bereich für Festigkeit.
Amorphe Domäne: gummiartige Bereiche für Dehnung.
Nassspinnen/Elektrospinnen: technische Verfahren zur Faserherstellung.
Tissue Engineering: Züchtung/Regeneration von Gewebe auf Gerüsten.
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