Der „Sekundenkleber" der Stummelfüßer: Strategien der Natur als Vorbild für nachhaltige Biomaterialien. (5th December 2019)

• Record Type: Journal Article
• Authors: Bär, Alexander; de Sena Oliveira, Ivo; Schmidt, Stephan; Harrington, Matthew J.; Mayer, Georg
• Is Part Of: Biologie in unserer Zeit. Volume 49:Number 6(2019)
• Page Start: 418
• Page End: 425
• Publication Date: 2019-12-05
• Subjects: Onychophora -- Stummelfüßer -- Polymere -- Proteine; Biology -- Periodicals; Biology -- Periodicals; 570.5
• DOI: 10.1002/biuz.201910691
• Languages: English
• ISSNs: 0045-205X

Abstract

Zusammenfassung: Der biologische Sekundenkleber der Stummelfüßer ist eine Quelle der Inspiration für die nachhaltige Produktion „intelligenter" polymerbasierter Materialien. In der Natur jagen die Stummelfüßer ihre Beute mit dem proteinreichen Sekret, welches in der Lage ist, enorm belastbare Fasern zu bilden. Die Anleitung für diese Transformation ist in den Bausteinen programmiert und läuft selbstständig ohne jegliche Regulation durch den tierischen Körper ab. Elektrostatische Wechselwirkungen zwischen geladenen Proteinarealen und Ionen bewirken die Faltung, Zusammenlagerung (Koazervation) und Stabilisierung der Bausteine in nanoskopisch kleine Speicherpartikel. Mechanische Einwirkung von außen löst den Umwandlungsprozess zu reißfesten Fasern aus. Die Speicherpartikel verschmelzen, die Proteine entfalten sich teilweise und gehen miteinander starke Bindungen ein. Die physikalisch‐chemischen Prinzipien werden sich künftig extrahieren lassen und neue Wege der Biomaterialsynthese ermöglichen. Abstract : Stummelfüßer jagen ihre Beute mit Hilfe eines proteinreichen Sekrets, welches in der Lage ist, enorm belastbare Fasern zu bilden. Der biologische „Sekundenkleber" ist eine Quelle der Inspiration für die nachhaltige Produktion „intelligenter" Polymermaterialien. Summary: Novel insights into the "superglue" of velvet worms The biological "superglue" of velvet worms provides inspiration towards circular processing of advanced polymers. In nature, velvet worms employ a fluid, protein‐rich secretion for hunting and defense, which forms rapidly into stiff fibers. The fluid‐to‐fiber transition occurs outside the body without regulations, indicating that the "instructions" for assembly are programmed into the protein building blocks. Electrostatic interactions between oppositely charged protein domains and free ions drive protein folding, self‐organization (coacervation) and stabilization of the building blocks into nanoscale droplets. Yet, nanodroplets can be instantly transformed via simple mechanical stimulus as proteins partially unfold, merge together and form a strong network, which solidifies into a fiber. The mechanism is based on basic physico‐chemical principles. Thus, by extracting these principles, new methods of synthesizing sustainable polymer‐based materials can be developed.