Wissenschaftler an der australischen Universität Deakin in Melbourne haben aus Denim-Stoff ein Material hergestellt, das Eigenschaften von Knorpel vorweist. Eigentlich haben sie nur mit Cellulose-Fasern experimentiert und diese in ein sogenanntes Aerogel geformt – die Ähnlichkeit zum Knorpel kam unerwartet, erzählt Nolene Byrne von der Fakultät für Wissenschaft, Ingenieurwesen und bebaute Umgebung.
Aerogel – besonderer Stoff mit viel Luft
Ein Aerogel ist ein poröses Material, dessen Volumen wesentlich aus Hohlräumen besteht – über 99% Luftanteil sind dabei möglich. Diese Eigenschaft führt dazu, dass Aerogele ein sehr geringes Gewicht im Verhältnis zu ihrem Volumen haben. Rekordhalter ist dabei Aerographen, das mal gerade 0,16 Milligramm pro Kubikzentimeter auf die Waage bringt.
Der Forschungsgruppe aus Down Under ist es nun gelungen, ein Cellulose-Aerogel herzustellen. Das pflanzliche Molekül gewinnen sie aus der Baumwolle alter Jeans-Hosen. „Cellulose ist ein vielseitiges erneuerbares Material, daher können wir Denim-Abfall mit flüssigen Lösemitteln behandeln, um sie aufzulösen und als Aerogel oder einer Vielzahl anderer Formen zu regenerieren“, so Byrne. Was sie zum Zeitpunkt der Versuche noch nicht ahnten: Das Material ähnelt einem biologischen Gewebe verblüffend stark.
Knorpel künstlich repliziert
Der Fund der Forscher aus Melbourne ist in Struktur und Eigenschaften dem tierischen Knorpel sehr ähnlich. So ähnlich, dass er ihn im medizinischen Kontext durchaus ersetzen könnte. Bei natürlichem Knorpel handelt es sich um ein Stützgewebe ohne Nerven und Gefäße, das vor allem in Gelenken vorkommt und dort mechanisch stark beansprucht wird.
Knorpel ist darüber hinaus einem feuchten Schwamm nicht unähnlich. Er hat die Eigenschaft, bei Stress Flüssigkeit abzugeben, die Reibung mit umliegenden Geweben verringert. Das künstliche Cellulose-Aerogel kann das auch. Wren Greene vom Institut für Frontier Materials zeigt sich erstaunt: „Die Dimensionen, Orientierungen und Dichteverteilung der Porenkanäle erlauben diesem Material nässende Schmierung zu replizieren, ähnlich dem echten Knorpelgewebe, das sich so gegen mechanische Schäden schützt.“
Greene erklärt, dass Knorpel bislang im Gegensatz zu einigen anderen Gewebetypen nicht per 3D-Druck hergestellt werden konnte. Doch mit dem neuen Aerogel-Verfahren könne man nun sehr authentischen Kunstknorpel fertigen: „Genau so sieht Knorpel aus – jetzt können wir es formen und das Aerogel anpassen und die ideale Form zu bauen.“
Aerogel aus alten Klamotten
Die Forscher aus Melbourne möchten mit der Aerogel-Methode aber nicht nur Knorpel-Ersatz für die Medizin produzieren, sondern auch Textilabfälle reduzieren. Byrne: „Durch das Bevölkerungswachstum und die Entwicklung in Dritte-Welt-Ländern sowie die heutigen schnellen Modezyklen nehmen Textilabfälle immer weiter zu und führen zu Millionen Tonnen Kleidung und anderer Textilien, die verbrannt werden oder auf Halden landen.“
Recycling im Textilsektor sei schwierig, da die meisten Verfahren Chemikalien verwenden, die den Prozess wenig kosteneffektiv machen. Byrne bezeichnet die Methode der Universität Deakin als Upcycling, denn aus dem Produkt Jeans entstehe eine höherwertige medizinische Komponente. Außerdem verwende sie umweltverträgliche Chemikalien.
Das Pilotprojekt soll in den kommenden Monaten und Jahren ausgebaut werden. Die Forscher erhoffen sich, mit Unterstützung der Industrie in 3 bis 5 Jahren kommerzielle Maßstäbe erreichen zu können.
Upcycling ist nicht nur eine Methode, um gutes Material aus Abfällen zu gewinnen. Auch Kunst oder ein gesellschaftliches Statement lässt sich damit schaffen.
