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Genialer Baumeister Natur - Wissenschaftler erforschen die Geheimnisse der Biominerale

17.09.2003 - (idw) Technische Universität Carolo-Wilhelmina zu Braunschweig

Biominerale sind Minerale, deren Entstehung von etwas Lebendigem gesteuert worden ist. Dazu gehören Knochen, Zähne, Muscheln, Kieselalgen und vieles mehr. Mit wenigen raffinierten Tricks schaffen es natürliche Organismen, diese perkfekten Werkstoffe herzustellen. Wissenschaftler untersuchen im Rahmen eines Workshops die Strukturen als Vorbilder für die Materialien von morgen.


Abbildung einer Radularia unter dem Rasterelektronenmikroskop, aus: "Stephen Mann, Biomineralization, Oxford University Press, Oxford 2001". Der Balken hat eine Länge von 5µm. Stephen Mann ist einer der Hauptredner auf dem Workshop.
Kieselalgenskelette, gezeichnet von Ernst Haeckel: "Kunstformen der Natur 1899-1904". "Kieselalgenskelette zum Beispiel sind aus einem auf molekularer Ebene völlig ungeordneten, Glas sehr ähnlichem Material aufgebaut, zeigen aber trotzdem wunderschöne, hochgeordnete Muster. Die Musterbildung wird von organischen Stoffen gesteuert," erläutert Prof. Henning Menzel, Institut für Technische Chemie der TU Braunschweig.

Gemeinsam mit Dr. habil. Helmut Cölfen vom Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung hat er einen Workshop zu diesem Thema organisiert, der vom 23. bis zum 24. September 2003 an der Technischen Universität Braunschweig stattfindet. Die Veranstaltung ist Bestandteil des von der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderten Schwerpunktprogramms "Prinzipien der Biomineralisation".

"Ein weiteres Beispiel für die Effizienz der Biomineralisation sind Seeigelstacheln," so Prof. Menzel. "Diese Stacheln können bei manchen Arten bis zu dreißig Zentimeter lang werden. Auch sie bestehen aus Calcit, sind nur wenige Millimeter dick, und müssen dennoch der Brandung standhalten. Ein reiner Kristall aus Calcit würde sofort zerbrechen. Indem die Seeigel aber Proteine zwischen den Kristallflächen einbauen, also Stapel von Kriställchen zusammenfügen und die Schwachpunkte verkleben, stärken sie die Stacheln. Die Mengen an Protein, die der Seeigel zur Stärkung seiner Kristalle braucht, sind, gemessen an unserer menschlichen Werkstofftechnik, verschwindend gering: Nur ein bis fünf Polymerteile auf tausend Kristallteile reichen aus."

Noch ist die Funktion der organischen Bestandteile beim Aufbau der Biominerale weitgehend unbekannt. Da sie in der Natur nur in sehr geringen Mengen und in komplexen Mischungen zu finden sind, ist es extrem schwierig, sie zu erforschen. Deshalb ist es vorteilhaft, Modellsubstanzen zu untersuchen, die besser verfügbar sind und im Labor gezielte Variation der molekularen Chemie zulassen. Ziel des Workshops ist es, diese Modellsubstanzen auf der Basis der Erkenntnisse über die natürlichen Vorbilder zu optimieren. Letztlich soll der Workshop helfen, den Baumeister Natur besser zu verstehen, um eines Tages die bislang unerreichten natürlichen Vorbilder nachahmen zu können.

Kontakt:
Prof. Dr. Henning Menzel,
Institut für Technische Chemie der TU Braunschweig
Tel.: 0531 / 391 - 5361,
E-Mail: h.menzel@tu-braunschweig.de
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