.jpg "Selbstheilendes Glas entdeckt")
Das selbstheilende Glas wurde von einem Team von Forschern aus Israel und der ganzen Welt unter der Leitung des Doktoranden Gal Finkelstein-Zuta und Prof. Ehud Gazit von der Shmunis School of Biomedicine and Cancer Research an der Fakultät für Biowissenschaften und der Abteilung für Materialwissenschaften und Ingenieurwesen an der Fakultät für Ingenieurwissenschaften der TAU entdeckt.
„In unserem Labor untersuchen wir die Biokonvergenz und nutzen gezielt die wunderbaren Eigenschaften der Biologie, um innovative Materialien herzustellen“, erklärt Prof. Gazit. „Wir untersuchen unter anderem Sequenzen von Aminosäuren, die die Bausteine von Proteinen sind. Aminosäuren und Peptide haben eine natürliche Tendenz, sich zu verbinden und geordnete Strukturen mit einer definierten periodischen Anordnung zu bilden, aber während der Forschung entdeckten wir ein einzigartiges Peptid, das sich anders verhält als alles, was wir kennen: Es bildete kein geordnetes Muster, sondern ein amorphes, ungeordnetes, das Glas beschreibt.“
Einfach Wasser hinzufügen
Auf molekularer Ebene ist Glas ein flüssigkeitsähnlicher Stoff, dem es an Ordnung in seiner Molekularstruktur mangelt. Seine mechanischen Eigenschaften sind jedoch festkörperähnlich. Bei der Herstellung von Glas werden geschmolzene Materialien in der Regel schnell abgekühlt und in diesem Zustand „eingefroren“, bevor sie kristallisieren. Dadurch entsteht ein amorpher Zustand, der einzigartige optische, chemische und mechanische Eigenschaften ermöglicht, neben Haltbarkeit, Vielseitigkeit und Nachhaltigkeit. Die Forscher der TAU entdeckten, dass das aromatische Peptid, das aus einer Drei-Tyrosin-Sequenz (YYY) besteht, beim Verdampfen einer wässrigen Lösung bei Raumtemperatur spontan ein molekulares Glas bildet.
„Das handelsübliche Glas, das wir alle kennen, wird durch schnelles Abkühlen von geschmolzenen Materialien hergestellt, ein Prozess, der Verglasung genannt wird“, sagt Gal Finkelstein-Zuta. „Die amorphe, flüssigkeitsähnliche Organisation muss fixiert werden, bevor sie sich auf energieeffizientere Weise wie in Kristallen anordnet, und dafür ist Energie erforderlich, sie muss auf hohe Temperaturen erhitzt und sofort abgekühlt werden. Das von uns entdeckte Glas aus biologischen Bausteinen hingegen bildet sich spontan bei Raumtemperatur, ohne dass Energie wie große Hitze oder Druck erforderlich ist. Man braucht nur ein Pulver in Wasser aufzulösen, wie bei der Herstellung von Kool-Aid, und schon bildet sich das Glas. Wir haben zum Beispiel Linsen aus unserem neuen Glas hergestellt. Anstatt einen langwierigen Schleif- und Polierprozess zu durchlaufen, haben wir einfach einen Tropfen auf eine Oberfläche getropft, wo wir die Krümmung und damit die Schärfe, allein durch die Einstellung des Lösungsvolumens steuern können.“
Die Eigenschaften des Glases von TAU sind weltweit einzigartig und widersprechen sich sogar: Es ist sehr hart, kann sich aber bei Raumtemperatur selbst reparieren; es ist stark klebend und gleichzeitig in einem breiten Spektralbereich vom sichtbaren Licht bis zum mittleren Infrarotbereich transparent.
Ein unzerbrechliches Wunderwerk
„Es ist das erste Mal, dass es jemandem gelungen ist, molekulares Glas unter einfachen Bedingungen herzustellen“, sagt Prof. Gazit, „aber nicht weniger wichtig sind die Eigenschaften des von uns geschaffenen Glases. Es ist ein ganz besonderes Glas. Zum einen ist es sehr fest und zum anderen sehr transparent, viel transparenter als gewöhnliches Glas. Das normale Silikatglas, das wir alle kennen, ist im Bereich des sichtbaren Lichts transparent, das molekulare Glas, das wir geschaffen haben, ist bis tief in den Infrarotbereich hinein transparent. Dies hat viele Anwendungsmöglichkeiten in Bereichen wie Satelliten, Fernerkundung, Kommunikation und Optik. Es ist auch ein starker Klebstoff, der verschiedene Gläser zusammenkleben und gleichzeitig Risse in ihnen reparieren kann. Es handelt sich um eine Reihe von Eigenschaften, die in keinem anderen Glas der Welt vorhanden sind und die ein großes Potenzial für Wissenschaft und Technik haben, und das alles haben wir aus einem einzigen Peptid, einem kleinen Stück Protein, gewonnen.“
