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Innovative Textilien - die Biotechnologie machts möglich

Bei vielen Hightech-Textilien, die für uns heute im Alltag selbstverständlich geworden sind, hat die Biotechnologie ihre Hand im Spiel. Ob Produkte für die Wundversorgung, Markisenstoffe oder Bekleidungstextilien – viele dieser Materialien wurden biotechnologisch entwickelt oder werden mit Hilfe solcher Verfahren hergestellt. Dabei stand für viele der Produkte, die heute unter der Bezeichnung „Mikro“ oder "Nano“ auf den Markt kommen, die Natur Modell. Im aktuellen Dossier werden verschiedene Aspekte innovativer Textilien vorgestellt, bei denen die Biotechnologie-Branche eine Rolle spielt.

Die moderne Biotechnologie spannt einen weiten Bogen zwischen den unterschiedlichsten Fachgebieten wie den Ernährungswissenschaften und der Umwelttechnologie oder auch der Textilindustrie. Durch die enge Zusammenarbeit der Textiltechnik mit der Biotechnologie wurden in den letzten Jahren viele gemeinsame innovative Arbeitsfelder entwickelt. Die Textilindustrie gehört weltweit zu den ältesten Industriezweigen. Auch im Südwesten Deutschlands haben Textilherstellung und Textilforschung eine lange Tradition. 200 Jahre sind seit der Gründung der ersten mechanischen Spinnerei in Baden vergangen und mit über 30.000 Beschäftigten ist die Textilindustrie heute ein bedeutender Wirtschaftsfaktor in Baden-Württemberg.

Bis ins 20. Jahrhundert wurden für Textilien ausschließlich Naturmaterialien wie Baumwolle, Hanf, Flachs usw. verarbeitet. Die Erfindung der Chemiefasern im 20. Jahrhundert erweiterte die Einsatzmöglichkeiten für textile Werkstoffe enorm. Seit dem Ende der 80er-Jahre sind die technischen Textilien auf dem Vormarsch. Diese haben heute bereits einen Anteil von zirka 40 Prozent an der gesamten Textilherstellung. Somit bilden sie durch ihr großes Innovationspotenzial den Wachstumsmotor der Textilindustrie.

Textilindustrie geht neue Wege

Für die Entwicklung von Hightech-Textilien arbeiten Wissenschaftler unterschiedlicher Disziplinen eng zusammen. © Hohenstein Institute

Gezielte interdisziplinäre Kooperationen unterschiedlicher Wissenschaftszweige ermöglichen es, mehrere Funktionalitäten in einem Material zu vereinigen. Atmungsaktiv, temperaturregulierend, leicht im Gewicht, stoßsicher, Wasser und Schmutz abweisend und noch vieles mehr sind die Fasern von heute. Gerade diese Multifunktionalität macht moderne Textilien über den traditionellen Bekleidungssektor hinaus vielseitig einsetzbar, z.B. im Automobilbau, in der Raumfahrttechnik, in der Landwirtschaft oder in der Biomedizintechnik.

Beispielsweise arbeiten Geowissenschaftler der Arbeitsgruppe „Funktionelle Morphologie und Biomimetik“ an der Universität Tübingen mit Wissenschaftlern der Universitäten Freiburg und Stuttgart sowie dem ITV Denkendorf, dem Karlsruher Institut für Technologie und dem Staatlichen Museum für Naturkunde Stuttgart im Kompetenznetz Biomimetik zusammen an neuartigen Textilien. In einer solchen Kooperation entwickeln die Geowissenschaftler gemeinsam mit Textilforschern des ITV Denkendorf Textilien nach dem Vorbild von Pflanzen, die zur sogenannten „Nebelernte“ verwendet werden können. Dies könnte in vielen Regionen der Erde, in denen die Wasserversorgung knapp ist, dazu dienen, Nebelwasser zu sammeln und damit Trinkwasser zu gewinnen. Neben der technischen Nebelernte könnte ein weiteres Anwendungspotenzial solcher Textilien im Ausfiltern und Abscheiden von Aerosolen liegen.

Textilien in der Medizin

Auch bei der Entwicklung von Medizinprodukten spielen innovative Textilien eine große Rolle. © Hohenstein Institute

Innovative neuartige Textilien kommen auch in der Medizin sehr vielseitig zum Einsatz: vom Tissue Engineering über Wundverbände bis zu Implantaten. Im Forschungsbereich Biomedizintechnik arbeiten Biologen und Ingenieure eng zusammen und entwickeln Biomaterialien und Implantate sowie Verfahren zur Geweberegeneration. Resorbierbare dreidimensional formbare Vliesstoffe, in denen man körpereigene Knorpelzellen des Patienten wachsen lässt, sind beispielsweise Produkte dieser Arbeiten. Solche Implantate können dann unter anderem zur Linderung von Degenerationserscheinungen wie Arthrose oder zum Knochenaufbau für zahnärztliche Implantate dienen.

Auch in der Wundversorgung ergeben sich neue Chancen für den Einsatz moderner Textilien: Bei einer steigenden Zahl von älteren Menschen und Diabetikern in unserer Gesellschaft müssen Problemwunden behandelt werden; allein in Deutschland gibt es jährlich etwa zwei Millionen Wundpatienten. Eine wichtige Rolle bei der Wund- und Hautbehandlung werden in Zukunft sicherlich innovative Medizintextilien spielen, in die therapeutische Wirkstoffe integriert werden können (s. „Wundauflagen mit Wirkstoffdepots“).

Aber auch in der Hygiene spielen antibakterielle und antivirale Textilien und Gebrauchsgegenstände mehr und mehr eine Rolle. Deren Wirksamkeit hilft beispielsweise bei der Unterbrechung von Infektionsketten (s. „Bewertungssystem für die antivirale Wirksamkeit von Textilien und Gebrauchsgegenständen“). Unter anderem kommen schon antivirale Handtuchrollen in Toiletten oder ebensolche Bedarfsgegenstände in Krankenhäusern zum Einsatz.

Die intelligenten technischen Textilien

Die sogenannten intelligenten technischen Textilien sind ein weiteres fachübergreifendes Beispiel für innovative Textilien aus den Bereichen Gesundheit und Sicherheit. Man versteht darunter Textilien mit integrierten Mikrosystemen. Sie werden im klinischen Umfeld für die Messung und Beobachtung von Vitalparametern wie Blutdruck, Puls oder Atmung eingesetzt.

Bessere Textilien mit Hilfe der Natur

Während der Evolution hat die Natur Oberflächen entwickelt, an denen durch eine komplizierte Mikro- oder Nanostruktur Schmutz nicht haften kann. Die Selbstreinigung dieser superhydrophoben mikro- bis nanostrukturierten Oberflächen an Pflanzen wurde von W. Barthlott 1975 an der Universität Heidelberg entdeckt und aufgeklärt. Was die Botaniker an der Lotuspflanze entdeckt haben, übertragen die Ingenieure und Techniker am ITV Denkendorf auf textile Flächen. Das Interesse am sogenannten Lotuseffekt ist groß. Nicht nur für Outdoor-Bekleidung und bei Markisen, sondern auch in der Medizin ist dieser Selbstreinigungseffekt interessant.

Ein weiteres Material, Polylactid (PLA), das manchem vom kompostierbaren Cateringgeschirr oder von Verpackungen bekannt ist, ist auch bei den Bekleidungsherstellern gefragt. PLA ist ein Rohstoff für eine neuartige Kunstfaser aus pflanzlichen Kohlenstoffen. Anders als bei Nylon- und Polyesterfasern, deren Kohlenstoffquelle nicht-erneuerbares Erdöl ist, wird für diese neue Faser auf den Kohlenstoff zurückgegriffen, den Maispflanzen während der Photosynthese aus der Luft absorbieren.

Risiko minimieren

Am ITV Denkendorf entwickelte Textilien mit Lotuseffekt © BIOPRO

Viele dieser Hightech-Produkte werden heutzutage aus Nanomaterialien hergestellt. Natürlich muss dabei auch sicher sein, dass diese sowohl für den Hersteller als auch für den Verbraucher unschädlich sind – und zwar über den gesamten Lebenszyklus. Im Rahmen des Projektes „TechnoTox“ wird beispielsweise an einer Risikoabschätzung gearbeitet, wie sicher Nanotextilien für Mensch und Umwelt sind (s. „Risikoabschätzung von Nano-Materialien“). Bei einer steigenden Nachfrage nach Nanotextilien kann damit sichergestellt werden, dass neue auf den Markt kommende Materialien nicht toxisch wirken. Hierfür werden Partikeleigenschaften und -wirkungen detailliert untersucht.

Glossar

  • Biotechnologie ist die Lehre aller Verfahren, die lebende Zellen oder Enzyme zur Stoffumwandlung und Stoffproduktion nutzen.
  • Diabetes mellitus (Zuckerkrankheit) wird durch einen Mangel an Insulin hervorgerufen. Man unterscheidet zwei Typen. Bei Typ 1 (Jugenddiabetes) handelt es sich um eine Autoimmunkrankheit, bei der körpereigene Immunzellen die Beta-Zellen der Bauchspeicheldrüse, die Insulin produzieren, zerstören. Typ 2 (Altersdiabetes) ist dagegen durch eine Insulinrestistenz (verminderte Insulinempfindlichkeit der Zielzellen) und eine verzögerte Insulinausschüttung gekennzeichnet.
  • Mit Kompetenz im biologischen Sinn ist die Eigenschaft eines Bakteriums gemeint, DNA von außen aufnehmen zu können.
  • Ein Virus ist ein infektiöses Partikel (keine Zelle!), das aus einer Proteinhülle und aus einem Genom (DNA oder RNA) besteht. Um sich vermehren zu können, ist es vollständig auf die Stoffwechsel der lebenden Zellen des Wirtsorganismus angewiesen (z.B. Bakterien bei Phagen, Leberzellen beim Hepatitis-A-Virus).
  • Tissue Engineering beruht darauf, lebende Zellen eines Organismus außerhalb eines Körpers zu kultivieren und ggf. mit extrazellulären Komponenten biologischer oder synthetischer Art zu kombinieren. Anschließend werden die bioartifizellen Regenerate oder Konstrukte wieder in den Organismus implantiert.
  • Toxizität ist ein anderes Wort für Giftigkeit.
  • Die Morphologie ist die Lehre von der Struktur und Form der Organismen.
  • Unter Degeneration verstehet man in einem medizinisch-biologischen Sinn die Rückbildung und den Verfall von Zellen, Geweben oder Organen.
  • Polylactide (auch Polymilchsäuren, PLA) sind Polymere aus Milchsäure. Sie werden zum einen in der Verpackungsindustrie eingesetzt und sind zum anderen interessant für medizinische Anwendungen, da es sich sich um einen biologisch abbaubaren Kunststoff handelt.
  • Absorption steht in der Biologie für Aufnahme (im pharmakologischen Zusammenhang ist die Aufnahme eines Wirkstoffes gemeint; im physikalischen Zusammenhang ist die Aufnahme von Licht gemeint)
  • Das Kunstwort Bionik ist ein Konstrukt aus den Begriffen Biologie und Technik. International wird eher der Ausdruck Biomimetik verwendet, der sich von den englischen Wörtern biology (Biologie) und mimesis (Nachahmung) ableitet. Ziel dieses interdisziplinären Wissenschaftszweiges ist die Umsetzung von Erkenntnissen aus der biologischen Forschung in innovative technische Anwendungen.
  • Unter Photosynthese wird die Erzeugung hochmolekularer energiereicher Verbindungen (Glukose) aus einfachen Molekülen (Kohlendioxid, Wasser) verstanden, wobei beträchtliche Mengen Sauerstoff entstehen. Chlorophyllhaltige Organismen (höhere Pflanzen, Algen, phototrophe Bakterien) nutzen dafür die Sonnenlichtenergie.
Seiten-Adresse: https://www.gesundheitsindustrie-bw.de/de/fachbeitrag/dossier/innovative-textilien-die-biotechnologie-machts-moeglich/