Biologisches Design: funktional und schön

Kieselalgen inspirieren Kunst und Technik
Kunst nach dem Vorbild der Natur zu schaffen ist nicht neu. Doch erst die Rasterelektronenmikroskopie gibt den Blick frei auf die Nano-Formenvielfalt der Natur.

Algen sind das Fundament der gesamten irdischen Nahrungskette. Sie ernähren viele Fische und Meeressäuger in den Ozeanen. Gleichzeitig liefern Algen durch ihre Photosynthese-Aktivität einen Großteil des atmosphärischen Sauerstoffs her. Algen haben im Laufe der Evolution eine enorme Artenvielfalt entwickelt. Sie leben nicht nur im Wasser, sondern auch in der Wüste und in den Polarzonen. Allein zu den Kieselalgen, die man auch als Diatomeen bezeichnet, zählen rund 6000 Arten. Ihren Name tragen diese Einzeller wegen ihres Außenskeletts, welches aus Kieselsäure besteht. Kieselsäure bezeichnet die Sauerstoffsäuren des Siliciums. Sterben die Zellen ab, so sinken die Silicium-Schalen auf den Meeresboden. Solche Ablagerungen nennt man Kieselgur oder Diatomeenerde. Es handelt sich dabei um ein poröses, weißliches Pulver, das man unter anderem für Filteranlagen, als Schleif- und Poliermittel zum Beispiel in Zahnpasta aber auch zur Herstellung von Dynamit verwendet. Da das Material Licht reflektiert, wird es auch für Fahrbahnmarkierungen eingesetzt. Außerdem findet man Diatomeen in handelsüblichem Katzenstreu.

Leichtbau-Autofelge nach dem Vorbild von Kieselalgen
Die Formenvielfalt der Diatomeen variiert von kreisrund bis hin zu strahlenförmig. Doch egal welche Form die Einzeller aufweisen, ihre Schalen müssen äußerst stabil sein, um dem gewaltigen Druck der Wassersäule zu trotzen. Gleichzeitig dürfen die Schalen aber auch nicht zu schwer sein, damit die Algen nicht auf den Meeresgrund hinab sinken. Denn um Fotosynthese betreiben zu können müssen sie von den Sonnenstrahlen erreicht werden, während sie im Wasser umher treiben. Genau diese Materialeigenschaften machen die Kieselalgen interessant für den technischen Einsatz. So haben Wissenschaftler nach dem Vorbild eines runden Außenskeletts einer Kieselalge eine Autofelge entwickelt. Sie ist stabiler und gleichzeitig leichter als herkömmliche Felgen. Die Leichtbaufelge soll Treibstoff sparen und auch eine bessere Straßenlage besitzen.

Gipsersatz für Knochenbrüche
Auch auf dem Gebiet der Medizintechnik gibt es Ansätze, die nach auf das Strukturprinzip von Kieselalgen aufsetzen. So arbeiten Forscher zurzeit an einem neuartigen Verband für Knochenbrüche, der den klassischen Gips ersetzen soll. Gipsverbände sollen die verletzten Körperteile, wie Arme oder Beine, stabilisieren, damit der Knochen wieder zusammen wachsen kann. Allerdings haben sie auch Nachteile, denn sie sind schwer, unhandlich und unflexibel. Jeder, der schon mal einen Gips tragen musste, kennt das Jucken der Haut – und kratzen ist wegen des starren Verbandes unmöglich. Der neuartige Verband nach dem Vorbild einer Kieselalge hat viele Vorteile: Er ist leicht und gleichzeitig stabil. Zudem besitzt er Löcher. Durch sie dringt Luft an die Haut und es kommt gar nicht erst zum Juckreiz. Außerdem kann der behandelnde Arzt durch die Löcher medizinisch intervenieren, indem er zum Beispiel die Muskeln stimuliert, wodurch der Rehabilitationsprozess beschleunigt wird.

Quelle: „Das große Buch der Naturwunder – Faszinierendes aus der Welt der Pflanzen und Tiere, Ein Blick in die Trickkiste der Natur“, Thomas Klarmeyer, Franckh-Kosmos Verlag 2008 Stuttgart