Chitin-Hybrid-Material: Science Fiction oder Realität?

Die Natur bietet die besten Ideen für die Entwicklung innovativer, bioinspirierter Materialien im Technik und Medizinbereich. In der folgenden Studie nutzten Forscher die herausragenden Eigenschaften von Chitin in Kombination mit Seidenfibroin zur Herstellung eines optisch transparenten Hybridmaterials, inspiriert von den Bestandteilen der Außenhaut von Arthropoden. Beleuchtet werden außerdem hoch spannende und zukunftsweisende Anwendungsbereiche, von der direkten Messung des Gehaltes an Glucose in der Tränenflüssigkeit im Auge mittels smarter Kontaktlinsen bis hin zu kratzresistenten Displayfolien, dieses biomimetischen Verbundmaterials.

Biomimetische Chitin-Seidenfibroin-Hybride: Eine optisch transparente Strukturplattform für tragbare Geräte und fortschrittliche Elektronik

Biomimetic Chitin-Silk Hybrids: An optically transparent structural platform for wearable devices and advanced electronics. Hong M.-S., Choi G.-M., Kim J. et al. Advanced functional materials. 2017, 1705480. Doi: 10.1002/adfm.201705480

In der Studie wurden mittels verschiedener Methoden (Lösungs-, Schleuderguss-, Mikrospritzgussverfahren) ausgehend von Chitin aus Tintenfisch und Seidenfibroin vom Bombyx Mori, Chitin-Seidenfibroin-Hybride (CS-Hybride) in Form von großflächigen Filmen oder gebogenen Strukturen (Kontaktlinsen) hergestellt. Spektroskopische und Oberflächenanalysen zeigten, dass die CS-Hybride eine homogene nanofaserige Morphologie aus ultrafeinen Chitin Nanofasern und Seiden β-Faltblättern besitzen. Das optisch transparente Hybridmaterial hatte eine signifikant höhere mechanische Belastbarkeit und war enzymatisch abbaubar.

Die Autoren stellten drei Anwendungen der Chitin-Seiden-Fibroin-Hybride als Struktur- und Funktionalitätsplattform vor.

• Integration drahtloser Okularsensoren in Chitin-Seiden-Hybrid-Kontaktlinsen für die Messung von Glucose in der Tränenflüssigkeit
• Herstellung eines drahtlosen, flexibel tragbaren Heizkörpers durch Aufbringen eines Silber-Nanofaser-Netzwerkes auf einen Chitin_β Hybrid Film mittels Elektrospinning.
  
  • Bei Anbringung des Heizelementes am Finger hatten Greifbewegungen keinen Einfluss auf die Temperatur
  • Die Temperatur des Heizelementes konnte über Bluetooth gesteuert werden
• Kratzresistente, transparente Displayfolie aus Chitin-Seidenfibroin_β-Hybrid Filmen. In der Studie wurden 35 µm dicke CS_β Hybrid Filme von beiden Seiten mit Epoxy-Siloxan Hybrid-Material (EHL) mittels UV-Härtung beschichtet.
  • Die Durchführung eines Nanoscratch-Tests mit Verwendung eines Diamantstiftes zeigte, dass der EHL-CSβ-Hybrid eine höhere Kratzfestigkeit besitzt als gehärtetes Glas oder ein unbeschichteter CS_β-Hybrid Film.
  • Bleistifthärte von 8H
  • Verschleißprüfung mit Stahlwolle (1 kgf/cm) zeigte nach 200 Zyklen keinen Kratzer, während der reine CS_β Hybridfilm stark zerkratzte

Schlussfolgerung: Das Chitin Nanofaser-Seidenfibroin Hybridmaterial konnte erfolgreich entwickelt werden und besitzt nützliche Eigenschaften wie mechanische Belastbarkeit und optische Transparenz. Die Autoren zeigten vielversprechende Anwendungsmöglichkeiten für das biomimetische Hybridmaterial.

Quelle: http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201705480/abstract