Wie Inspirationen aus der Natur die Werkstoffwissenschaft revolutionieren

Die Natur ist wohl das beste Labor, das wir haben. In der Evolution hat sie Materialien hervorgebracht, die für bestimmte Anwendungen optimale Lösungen darstellen – und zwar sowohl hinsichtlich ihrer Eigenschaften als auch mit Blick auf ihre Umweltverträglichkeit. Diese Materialien sind oft Verbundmaterialien. Sie können mit vergleichsweise geringem Energieaufwand hergestellt werden und zugleich als Vorbild für neue Werkstoffentwicklungen dienen. Wie solch optimale Lösungen in der Natur entstanden sind und wie sie im Sinne der Biomimetik genutzt werden können, kannst du im Kapitel über bioinspirierte Materialien in Schatt Werkstoffwissenschaft nachlesen. Hier einige der Themen, die dich in diesem Buch erwarten:

Proteine – Die Superhelden der Zellmembran

Proteine sind die „Arbeitspferde“ der Zellen und spielen eine entscheidende Rolle im Bioengineering. Membranproteine wie Integrine sind dabei besonders wichtig, etwa in der medizinischen Materialforschung, da sie die Zelladhäsion und Signalübertragung beeinflussen. So eröffnen diese Proteine neue Wege im Tissue Engineering und ermöglichen die Entwicklung von Materialien, die mit dem menschlichen Körper interagieren und ihn unterstützen können.

Kristallstruktur eines menschlichen Wachstumsfaktors. Das Molekül des Wachstumsfaktors ist rot gekennzeichnet. Zwei extra-zelluläre Domänen binden dieses Molekül (rot und blau).

Bioinspirierte metallische Legierungen – Die Zukunft der Werkstoffe

Bioinspirierte metallische Legierungen mit modifizierten Oberflächen sind extrem robust und umweltfreundlich. Hier fungiert die Natur als Vorbild für die Werkstoffentwicklung – ein Modell mit Zukunft!

Kohlenhydrate – Die Geheimwaffe der Medizintechnik

Kohlenhydrate sind nicht nur Energielieferanten, sondern auch die Basis für bahnbrechende Anwendungen in der Medizintechnik. Ihre Strukturmodelle ermöglichen die Entwicklung von Materialien, die biokompatibel und effizient sind. In der Medizin können bioinspirierte Materialien Leben retten!

Bioinspirierte Materialien – Die Natur als Vorbild der Werkstoffwissenschaft

Die Evolution hat Materialien hervorgebracht, die für spezifische Anwendungen sowohl hinsichtlich ihrer Eigenschaften als auch des Recyclings sowie ihrer Umweltverträglichkeit optimale Lösungen darstellen. Für komplexe Anforderungen sind es oftmals Verbundmaterialien, die mit vergleichbar niedrigem Energieaufwand hergestellt werden. Diese Materialien können uns als Vorbild für neue Werkstoffentwicklungen dienen.

HAP-Alginat-Biokeramik: (a) Querschnitte von bei 650 °C geschrühter sowie bei 1.200 °C gesinterter HAP-Alginat-Keramik; (b) Einwanderung von osteogenetisch induzierten, humanen mesenchymalen Stammzellen nach 14 Tagen in vitro Kultivierung in einen nanokristallinen HAP-Alginat-Träger im geschrühten Zustand. (Reprints mit Erlaubnis von Despang, F., Dittrich, R., und Gelinsky, M. [2011]) [40].

Mehr erfahren: Hartmut Worch, Wolfgang Pompe, Christoph Leyens, Schatt Werkstoffwissenschaft, 11. Aufl. 2025, ISBN: 978-3-527-35224-1