GOLD : Goldschlägerhaut – Entschlüsselung der Kuhserosa für die Biofabrikation von elastischen Textilien

BMBF-PTJ BioTexFuture 031B1125D | Laufzeit: 10.2021 – 09.2022 Carolin Großmann, Enno Klüver, FILK Freiberg | Claudio Flores, Mimotype Technologies Berlin | Felix Rasehorn, WINT Design Lab Berlin
  • Kategorien:
  • Biogene Rohstoffe
  • Kollagen

Ausgangssituation

Als einer der ältesten und wichtigsten Industrie­zweige spielt die Textil­indus­trie eine wichtige Rolle bei der Entwick­lung einer nach­haltigen industriellen Produktion. Die Herstellung synthe­tischer Fasern verbraucht enorme Mengen fossiler Ressourcen als Rohstoff und zur Bereit­stellung der benötigten Prozess­wärme.

Das Projekt GOLD beschäftigte sich daher mit der Entwick­lung eines alter­nativen, nach­haltigen Textil­materials auf Basis eines natürlichen Rohstoffs, der Gold­schläger­haut. Bei der Gold­schläger­haut handelt es sich um die äußere Gewebe­schicht der bovinen Blind­darm­serosa. Sie besteht überwiegend aus Kollagen, dem im tierischen Organismus am weitesten verbrei­teten Struktur­protein.

Die Bezeichnung Gold­schläger­haut leitet sich von der früheren Verwendung als besonders dünne Trenn­schicht beim Schlagen von Blatt­gold ab. Die Inuit­völker am Polar­kreis nutzten Gold­schläger­haut als Grund­material zur Herstellung wasser­abwei­sender Parkas. Im 1. Welt­krieg wurde Gold­schläger­haut im industri­ellen Maß­stab für die Herstellung von Gas­ballons für Zeppeline verwendet.

Projektziel

Das Ziel des Projektes GOLD bestand in der Charakteri­sierung der Gold­schläger­haut hinsicht­lich ihrer Eigen­schaften sowie der gene­tischen Grund­lagen der Bio­synthese dieses Materials. Dadurch sollte die Basis für ein anschließendes Projekt zur biotechno­logischen Produktion rekombi­nanter Protein­fasern geschaffen werden. Zusätzlich sollte ein trag­barer Prototyp auf Basis des nativen Gewebes entwickelt werden.

Lösungsweg

Innerhalb des Vorhabens wurde eine Methode zur Separation der Gold­schläger­haut aus bovinen Blind­därmen entwickelt. Das gewonnene Material wurde umfassend auf seine mecha­nischen und struktu­rellen Eigen­schaften geprüft. Die Analyse der chemischen Beschaffen­heit der Gold­schläger­haut erfolgte entsprechend dem ASTM-Standard F2212. Aus dem nativen Gewebe wurde außerdem RNA für die nach­folgende Sequen­zierung und Analyse isoliert.

Ergebnisse | Nutzen

Zunächst wurde ein manuelles Verfahren zur Präparation der Gold­schläger­haut von bovinen Blind­därmen im feuchten Zustand entwickelt. Es resul­tierte eine dünne, trans­parente Membran, die zu über 90 % aus Kollagen besteht. Neben weiteren extra­zellu­lären Bestand­teilen (Hyaluron, sulfatierte Glykosaminoglykane und Elastin) konnten außerdem geringe Anteile an Fett und anorga­nischen Bestand­teilen fest­ge­stellt werden. Mithilfe etablierter Analyse­methoden, wie der Amino­säure­analyse, der DSC-Messung, der Bestimmung freier Amine und dem enzyma­tischen Verdau, entstand das typische Profil eines nativen, unver­netzten Kollagen­materials. Die bild­gebenden Verfahren (AFM, REM) zeigten einzelne Kollagen­fibrillen und die für Kollagen typischen D-Banden (siehe Abb. 1).

Über die verwen­deten massen­spektro­metrischen Methoden konnten verschie­dene Kollagen­typen als auch andere Proteine der extra­zellu­lären Matrix nach­ge­wiesen, jedoch nicht quanti­fiziert werden. Im feuchten Zustand ist die Gold­schläger­haut besonders dehnbar. Die getrocknete Membran ist mecha­nisch stabil und eignet sich zur Herstellung textiler Produkte. Zur Demon­stration der Verar­beitungs­eigen­schaften wurde vom Projekt­partner WINT eine trag­bare Jacke designt und herge­stellt (siehe Abb. 2).

Auf Grund­lage der in diesem Projekt erhaltenen Ergebnisse ergeben sich Entwicklungs­potentiale im Bereich biobasierter Textilien, beispiels­weise für die biotechno­logische Herstellung rekombi­nanter Kollagen­fasern oder die Herstellung von Kollagen­fäden und -garnen.

Dank

Das Projekt "GOLD : Goldschlägerhaut – Entschlüsselung der Kuh­serosa für die Bio­fabri­kation von elastischen Textilien" (031B1125D) wurde durch das Bundes­ministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen des durch adidas und das Institut für Textil­technik der RWTH Aachen geleiteten Innovations­raumes "BIOTEXFUTURE" über den Projekt­träger Jülich gefördert. Wir bedanken uns für die gewährte Unter­stützung.

Kontakt

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