--- title: "Bayreuther Forscher entwickeln synthetische Fasern in Wasser an der Universität Bayreuth; Bündelung schützt Bausteine, reversibel durch Reize" sdDatePublished: "2026-08-08T04:09:00Z" source: "https://www.chemie.de/news/1189493/nach-dem-vorbild-der-zelle-bayreuther-forscher-bauen-synthetische-fasern-die-sich-selbst-schuetzen.html" topics: - name: "science and technology" identifier: "medtop:13000000" - name: "chemicals" identifier: "medtop:20000217" locations: - "Bayreuth" --- Bayreuther Forscher entwickeln synthetische Fasern in Wasser an der Universität Bayreuth; Bündelung schützt Bausteine, reversibel durch Reize Nach dem Vorbild der Zelle: Bayreuther Forscher bauen synthetische Fasern, die sich selbst schützen Nach dem Vorbild der Zelle: Bayreuther Forscher bauen synthetische Fasern, die sich selbst schützen Bayreuther Chemiker nutzen einen zinkhaltigen Komplex, der ab 32 °C reversibel zu mikrometergroßen Strukturen aggregiert Forschende der Universität Bayreuth haben gemeinsam mit Kolleginnen und Kollegen der Freien Universität Berlin und des Leibniz-Instituts für Polymerforschung Dresden ein synthetisches Fasersystem nach dem Vorbild des Zellskeletts entwickelt, das sich durch gezielte Bündelung selbst schützt. Die Ergebnisse eröffnen neue Wege für intelligente, schaltbare Materialien, die ihre Eigenschaften gezielt verändern, wenn sie einem bestimmten Reiz ausgesetzt sind. Lebende Zellen meistern eine erstaunliche Aufgabe: Sie halten empfindliche, nur durch schwache Wechselwirkungen zusammengehaltene Strukturen wie das Zellskelett auch unter widrigen Bedingungen stabil, indem sie diese hierarchisch organisieren und gezielt bündeln. Dabei bilden einzelne Proteinmoleküle die kleinsten Bausteine, die sich zu Filamenten zusammenlagern. Mehrere Filamente werden schließlich gebündelt und über Vernetzungsproteine zusammengehalten, was stabilere Strukturen ermöglicht. Gelingt es, dieses Prinzip in synthetischen Polymeren nachzubauen, können neue ressourcenschonende Materialien beispielsweise für den 3D-Druck, die Sensorik und Optoelektronik oder Biotechnologie entstehen. \--- Das Forschungsteam um Prof. Dr. Alex Plajer, Makromolekulare Chemie der Universität Bayreuth, hat erstmals ein Fasersystem mit hierarchischer Ordnung und gezielter Bündelung in einem vollständig synthetischen System in Wasser nachgebildet. Ausgangspunkt ist ein zinkhaltiges flaches Molekül, das mit einem temperaturempfindlichen Polymer verknüpft wurde. In verdünnter wässriger Lösung ordnen sich die Bausteine spontan zu Nanofasern an. Dabei werden Wassermoleküle selbst als strukturbildende Bestandteile in die Nanofasern eingebaut, anstatt lediglich als Lösungsmittel zu dienen. Wird die Temperatur über 32 °C erhöht, bündeln sich die zunächst voneinander unabhängigen Nanofasern zu mikrometergroßen Strukturen. Dieselbe Bündelung kann auch durch eine Veränderung der Salzkonzentration oder der Lösungsmittelzusammensetzung ausgelöst werden. Durch Umkehrung des jeweiligen Reizes (etwa durch Absenken der Temperatur oder Anpassung der Salz- beziehungsweise Lösungsmittelkonzentration) lösen sich die Bündel wieder auf. Der Prozess ist somit vollständig reversibel. Entscheidend ist: Genau wie im Zellskelett schützt diese höhergeordnete Organisation die eigentlich fragilen Bausteine. Während sich einzelne Nanofasern bei Verdünnung, saurem Milieu oder chemischem Angriff rasch auflösen, bleiben gebündelte Fasern hingegen stabil. „Wir konnten sogar zeigen, dass sich die Fasern selektiv schützen lassen. In einer Mischung aus gebündelten und ungeschützten Fasern überleben ausschließlich die bündelungsfähigen Fasern, während die anderen zerfallen. Dieses Verhalten erinnert an die selektive Kompartimentierung in Zellen, bei der verschiedene abgegrenzte Bereiche oder Organelle innerhalb der Zelle entstehen“, erklärt Merlin Stühler, Erstautor der Studie und Doktorand von Alex Plajer. Besonders eindrücklich zeigte sich dieses Prinzip in einem außergewöhnlichen Experiment: Durch Bestrahlung mit UV-Licht erwärmt sich der Zink-Komplex selbst photothermisch und hält die Fasern so lange in ihrem geschützten, gebündelten Zustand, wie die Lichtenergie zugeführt wird. Sobald die Bestrahlung endet, lösen sich die Bündel wieder auf und die Bausteine zerfallen in saurer Umgebung. „Damit haben wir eine Analogie zu Mechanismen geschaffen, wie sie etwa säureresistente Bakterien nutzen, die aktiv Energie aufwenden, um unter widrigen Bedingungen ihr inneres Gleichgewicht zu halten“, erläutert Merlin Stühler. „Unser System überlebt buchstäblich nur, solange es mit Energie versorgt wird. Es befindet sich dabei in einem Zustand fernab vom thermodynamischen Gleichgewicht, wie ihn auch biologische Systeme kennen.“ Die hierarchische Bündelung wirkt sich nicht nur auf die Stabilität der Fasern aus, sondern lässt sich auch mit dem bloßen Auge beobachten: Bereits ab einer rund 200-fach geringeren Konzentration als bei vergleichbaren Polymersystemen bilden die Fasern beim Erwärmen ein Hydrogel, das beim Abkühlen wieder verflüssigt. Die Gelierung kann dabei durch Lichteinstrahlung ausgelöst werden, während sich die Gelierungstemperatur zugleich über Salzkonzentration oder Lösungsmittelzusammensetzung steuern lässt. Selbst als Gel bleiben die Bausteine hierbei vor Säure und chemischen Angriffen geschützt. „Über den grundlegenden Erkenntnisgewinn zur Übertragbarkeit biologischer Organisationsprinzipien auf synthetische Systeme hinaus sehen wir konkretes Anwendungspotenzial für unser Material. Die reversible, mehrfach stimulierbare Gelbildung bei vergleichsweise geringem Materialbedarf macht das System etwa für den 3D-Druck interessant, wo es als wiederverwertbares, „schaltbares“ Druckharz dienen könnte“, schließt Prof. Plajer. Auch für Sensorik und Optoelektronik, etwa durch die lichtabhängigen photophysikalischen Eigenschaften des zinkhaltigen Bausteins, sowie für die Entwicklung robusterer, intelligenter Materialien in Nano- und Biotechnologie liefert die Arbeit eine neuartige Designstrategie. Merlin R. Stühler, László Mérai, Kai Ludwig, et al.; "Stimuli‐Responsive Hierarchical Structuring Controls Survival and Programs Hydrogelation of Supramolecular Metallofibers"; Advanced Materials, 2026-7-16 Weitere News aus dem Ressort Wissenschaft HZDR-Team trennt erstmals Wasserstoff-Isotopengemisch durch Quanteneffekte Ultraschnelle Röntgenblitze heilen die Schäden, die sie verursachen Stimulierte Emission drückt Elektronen zurück in ihren Ausgangszustand – noch während die Bestrahlung läuft Wie magnetische Nanopartikel Ewigkeitschemikalien aus Wasser entfernen Zufällig gemischte Atome in Reih und Glied für nachhaltige Katalyse Licht formen wie nie zuvor – mit photonischen Zeitkristallen Experimenteller Durchbruch ebnet Weg zur ultraschnellen Kontrolle von Licht im Terahertzbereich Zwei Attosekundenblitze machen Elektronenbewegung sichtbar Forschende beobachten chemische Veränderungen Atom für Atom Studie liefert Ansatz für die Echtzeit-Beobachtung elektronischer Dynamiken und Molekülschwingungen Energiewende: Erst elektrifizieren – und für den Rest Methanol statt Wasserstoff Mit 3D-druckbarem Material lassen sich der Körper heilen, bessere Roboter bauen und wichtige Mineralien zurückgewinnen Ein Netzwerk aus Milliarden winziger Wassertröpfchen kann innerhalb weniger Minuten große, gewebeähnliche Materialien bilden und eröffnet damit neue Möglichkeiten in einer Vielzahl von Bereichen Biosensor weist Nanokunststoffe im Wasser innerhalb weniger Minuten nach Peptidbasierter Biosensor ermöglicht den direkten Nachweis von Polystyrol-Nanopartikeln Das tragbare Pflaster vibriert, wenn es Gefahren in der Umgebung erkennt In gefangenen Ionen entdeckte langlebige metastabile Zustände eröffnen neue Möglichkeiten für Quantencomputer und Atomuhren Sind Gasturbinen bereit für die Wasserstoffwirtschaft? 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