Fiorenzo Omenetto: Seide, ein altes Material für die Zukunft

Danke. Ich bin überglücklich, hier zu sein. Ich werde über ein neues altes Material sprechen, das uns immer wieder erstaunt und das unser Denken beeinflussen könnte über Materialkunde, Hochtechnologie – und vielleicht nebenbei auch einiges für Medizin, Weltgesundheit und Wiederaufforstung bewirkt Das ist irgendwie eine sehr mutige Aussage. Ich erzähle euch ein bisschen mehr. Es hat Eigenschaften, die scheinen zu schön um wahr zu sein Es ist nachhaltig – es ist ein nachhaltiges Material das in Wasser und bei Raumtemberatur verarbeitet werden kann – es zersetzt sich mit präzise wie ein Uhrwerk, man kann ihm beim Auflösen in einem Glas Wasser zusehen, oder es über Jahre hinaus stabil halten. Es ist essbar, im menschlichen Körper implantierbar ohne dass es irgendwelche Immunreaktionen hervorruft. Es wird sogar vom Körper aufgenommen. Es ist technologisch, so dass es in der Mikroelektronik einsetzbar ist, vielleicht auch in der Photonik. Das Material sieht irgendwie so aus. Tatsächlich ist das Material, das ihr seht, klar und transparent. Seine Komponenten sind nur Wasser und Proteine.

Dieses Material ist Seide. Es ist irgendwie anders als das, was wir uns gewöhnlich unter Seide vorstellen. Die Frage ist, wie man etwas neu erfindet, das es seit ungefähr 5000 Jahren gibt. Der Weg dieser Entdeckung ist von der Natur inspiriert. Wir bestaunen die Seideraupe, die ihr hier beim Faserspinnen seht. Die Seideraupe macht etwas bemerkenswertes: sie benutzt zwei Zutaten, Proteine und Wasser, die in ihrer Spinndrüse sind, um ein Material zu schaffen, das als Schutz außergewöhnlich hart ist, vergleichbar mit technischen Fasern wie Kevlar. In der Umkehrung eines Herstellungsprozesses, den wir kennen, und mit dem wir aus der Textilindustrie vertraut sind, die den Kokon auseinanderwickelt und daraus glamouröse Dinge webt, wollen wir wissen, wie man aus Wasser und Proteinen dieses flüssige, natürliche Kevlar erhält.

Die Erkenntnis besteht also darin, wie man diesen Prozess wirklich umkehrt also vom Kokon zur Spinndrüse geht und Wasser und Protein als Ausgangsmateralien erhält. Diese Erkenntnis hatte vor ungefähr zwei Jahrzenten jemand, mit dem ich glücklicherweise zusammenarbeiten darf: David Kaplan. Und so erhalten wir dieses Ausgangsmaterial. Es wird wieder zum Grundbaustein. Wir benutzen es, um eine Vielzahl von Dingen herzustellen, wie zum Beispeil dünne Filme. Wir nutzen dafür einen ganz einfachen Vorteil. Das Herstellungsrezept dieser Filme nutzt die Tatsache dass Proteine sich sehr geschickt verhalten. Sie finden ihren eigenen Weg, sich zusammenzufügen. Das Rezept ist einfach: man nimmt die Seidelösung, gießt sie um, und wartet, bis die Proteine sich selbst sortiert haben. Dann zieht man die Proteine ab und erhält diesen Film, während die Proteine einander beim Verdunsten finden.

Aber ich erwähnte, dass dieser Film auch technologisch ist. Was heißt das ? Das bedeutet, dass man ihn mit etwas verkoppeln kann, mit typisch technologisch Dingen wie Mikroelektronik und Nanotechnologie. Das Bild dieser DVD hier soll nur veranschaulichen, dass Seide feinsten Oberflächenstrukturen folgt, also Eigenschaften auch auf Nanoebene wiedergeben kann. Seide könnte also Informationen auf dieser DVD wiedergeben. Und wir können Information auf einem Wasser-Protein-Film speichern. Also haben wir ausprobiert, eine Nachricht in ein Stück Seide zu schreiben, das hier ist – die Nachricht ist dort drüben. Genau wie bei einer DVD kann man sie optisch auslesen. Das erfodert eine ruhige Hand, und so beschloss ich, es auf offener Bühne vor tausend Leuten zu tun. Lasst mich mal sehen. Ihr sehr also wie der Film hier transparent durchgeht, und dann ... (Applaus) Das Bemerkenswerteste ist aber, dass meine Hand lange genug ruhig geblieben ist.

Wenn man einmal über die Eigenschaften dieses Materials verfügt, kann man vieles anstellen. Es ist nicht auf Filme beschränkt. Dieses Material kann viele Formen annehmen. Du spinnst ein bisschen herum und baust optische Komponenten oder Mikroprismen-Felder, wie die Reflektorenbänder in Deinen Laufschuhen. Oder Du erzeugst schöne Dinge wie dies hier, falls die Kamera das einfangen kann. Du kannst dem Film eine dritte Dimension hinzufügen. Und wenn der Winkel stimmt taucht hier ein Hologramm im Seidenfilm auf. Aber Du kannst noch andere Sachen machen. Du kanst Dir vorstellen, vielleicht ein reines Protein als Lichtleiter zu nutzen, und so haben wir "Glasfasern" hergestellt.

Aber Seide ist vielseitig und geht über Optik hinaus. Du kannst an andere Formen denken. Wenn Du zum Beispiel zum Arzt gehst, und Angst hast, eine Spritze zu bekommen bauen wir Mikronadel-Reihen. Hier auf dem Schirm seht ihr ein menschliches Haar von einer Seidennadel überlagert, nur um Euch ein Gefühl für die Größenordnung zu geben. Du kannst größere Dinge machen. Getriebe, Schrauben, Muttern die Du beim Lebensmittelhändler kaufen kannst. Die Getriebe arbeiten auch unter Wasser. Du kannst über alternative mechanische Teile nachdenken. Vielleicht kannst Du das flüssige Kevlar nutzen, wenn Du etwas starkes brauchst, zum Beispiel um Venen zu ersetzen, oder einen ganzen Knochen. Hier habt ihr ein kleines Beispiel eines winzigen Schädels, den wir Mini-Yorick nennen. (Gelächter) Du kannst auch Becher herstellen, und, mit ein wenig zugefügtem Gold und ein paar Halbleitern Sensoren, die auf der Oberfläche von Nahrungsmitteln kleben. Du kannst elektronische Teile herstellen die sich falten und wickeln lassen Oder, wenn Du Mode magst, seidene LED-Tattoos.

Ihr erkennt die Vielseitigkeit in den Materialformaten, die man mit Seide erzeugen kann. Es gibt aber weitere einzigartige Eigenschaften. Ich meine, warum sollte man all diese Sachen überhaupt machen? Ich habe es zu Anfang kurz erwähnt: Eiweiß ist biologisch abbaubar und kompatibel. Hier seht ihr ein Bild eines Gewebeschnitts. Was heißt nun biologisch abbaubar und biologisch kompatibel ? Man kann es in den Körper einsetzen, ohne das Implantat wieder herausholen zu müssen. Das bedeutet, dass all diese Werkzeuge, die ihr vorher gesehen habt, im Prinzip implatiert werden können und dann verschwinden. Was ihr hier in der Gewebeprobe seht, ist tatsächlich das Reflektorenband. So, wie man nachts von einem Auto gesehen wird, kannst Du, wenn Du Gewebe beleuchtest tiefere Gewebschichten erkennen weil da dieses Reflektorband aus Seide ist. Hier seht ihr, wie es vom Gewebe aufgenommen wird. Und Reintegration in den menschlichen Körper ist nicht das Einzige. Die Reintegration in die Umwelt ist wichtig. Man hat Eiweiße mit eingebauter Uhr, und jetzt kann einen Seidenbecher wie dieser ohne Schuldgefühl weggeworfen werden. (Applaus) Anders als diese Styroporbecher die unsere Müllhalden leider täglich füllen. Es ist essbar, für intelligente Lebensmittel-Verpackungen, die Du mitkochen kannst. Es schmeckt nicht gut, da brauche ich noch etwas Hilfe.

Das Bemerkenswerteste ist vielleicht der mögliche komplette Kreislauf. Während ihres Selbst-Zusammenbaus dient Seide als Kokon für Biomaterie. Wenn man das Rezept ändert und Dinge beim Giessen zufügt – Reagentien zur Seidenlösung zufügt – ob das nun Enzyme, Antikörper oder Impfstoffe sind, bleibt beim Selbst-Zusammenbau die biologische Funktion der Wirkstoffe erhalten. Es macht die Materialien umweltaktiv und interaktiv. Die Schraube, an die Du zuerst dachtest, kann dazu genutzt werden einen gebrochenen Knochen zusammenzuschrauben und gleichzeitig die Medikamente liefern während Dein Knochen heilt. Medikamente wären im Geldbeutel statt im Kühlschrank aufbewahrbar. Aso haben wir eine Seidenkarte mit Penicillin im Inneren hergestellt. Wir haben Penicillin bei 60° Celsius gelagert also 140° Fahrenheit, 2 Monate lang, ohne Wirkverlust des Penicillins. Das könnte also – (Applaus) könnte möglicherweise eine gute Alternative zu "solarbetriebenen Kühl-Kamelen" sein. Selbstverständlich ist Lagerung sinnlos, wenn man nichts verbrauchen kann.

Eine andere einzigartige Materialeigenschaft ist, dass man den Zerfall des Materials programmieren kann. Hier sehr Ihr den Unterschied. Oben, einen Seidenfilm, der programmiert wurde, sich nicht zu zersetzen, und unten, einen Film, der auf Zerfall in Wasser programiert wurde. Wie ihr seht, entlässt der Film unten das, was sich in ihm befindet. So erhält man wieder, was in ihm aufbewahrt wurde. Dies ermöglicht kontrollierte Medikamentenabgabe und die Reintegration in die Umwelt aller Formate, die ihr hier gesehen habt.

Unser Entdeckungsfaden ist also tatsächlich ein Faden. Wir sind begeistert von der Idee, dass was auch immer Ihr wollt, eine Vene oder einen Knochen ersetzen, nachhaltigere Werkstofe in der Mikroelektronik, vielleicht eine Tasse Kaffee, die ohne Schuldgefühl wegwerfbar ist, Medikamente in der Hosentasche zu haben, sie im Körper freizusetzen, oder sie durch die Wüste zu transportieren die Antwort in einem seidenen Faden liegen mag.

Danke

(Applaus)