Endlich ein Ersatz für Plastik?

Fortschrittliche Materialien

Redaktion der Website für technologische Innovationen – 14. Juli 2025

Probe eines von Bakterien synthetisierten Zellulose-Bioplastiks. [Bild: Universität Houston]

Zellulose-Kunststoff aus Bakterien

Trotz seiner immensen Nützlichkeit und Zweckmäßigkeit hat Plastik keinen guten Ruf, denn es ist klar, dass Plastikmüll die Welt überschwemmt und Umwelt- und Gesundheitsprobleme verursacht, deren Ausmaß noch nicht vollständig erfasst werden kann.

Die gesamte wissenschaftliche Gemeinschaft sucht nach Nachfolgern, doch derjenige, der sich durchgesetzt zu haben scheint, ist Abid Saadi, derzeit an der University of Houston in den USA.

Saadi hat eine Methode entwickelt, um bakterielle Zellulose – ein biologisch abbaubares Material – in ein multifunktionales Material umzuwandeln, das das Potenzial hat, Kunststoff zu ersetzen, von Verpackungsmaterialien über Pflaster bis hin zu Wasserflaschen.

Bakterielle Zellulose hat sich als vielversprechendes Biomaterial erwiesen, da sie in der Natur reichlich vorhanden, biologisch abbaubar und biokompatibel ist – ohne dass dabei die schädlichen Auswirkungen von Produkten auf Erdölbasis befürchtet werden müssen.

„Wir gehen davon aus, dass diese robusten, multifunktionalen und umweltfreundlichen Bakterienzelluloseplatten allgegenwärtig werden, in vielen Bereichen Kunststoffe ersetzen und dazu beitragen, Umweltschäden zu mindern“, sagt Professor Maksud Rahman, der die Entwicklung dieses neuen Biokunststoffs koordiniert.

Rotationskulturgerät zur Herstellung von Bakterienzellulose. [Bild: MASR Saadi et al. - 10.1038/s41467-025-60242-1]

Lenkung der Bakterien

Bei dieser Technik geht es im Wesentlichen darum, die Bakterien zu lenken, die sich, wenn man sie sich selbst überlässt, zufällig bewegen. Dadurch können sie Zellulose auf organisierte und vorhersehbare Weise produzieren.

Um den Prozess zu vereinfachen, verwendete das Team ein einfaches Zentrifugationsverfahren und entwickelte ein rotierendes Kulturgerät, in dem zelluloseproduzierende Bakterien in einem sauerstoffdurchlässigen zylindrischen Inkubator gezüchtet und kontinuierlich durch eine zentrale Welle zentrifugiert werden. Dadurch entsteht ein gerichteter Flüssigkeitsfluss im Bioreaktor, der eine gleichmäßige, gerichtete Bewegung der Bakterien zur Folge hat.

Um die Zellulose zu stärken und ihr mehr Funktionalität zu verleihen, fügte das Team der Flüssigkeit, die die Bakterien ernährt, Bornitrid-Nanoblätter hinzu.

Das Ergebnis sind hybride Nanoblätter aus Bakterienzellulose und Bornitrid mit noch besseren mechanischen Eigenschaften (Zugfestigkeit bis zu 553 MPa) und optimierten thermischen Eigenschaften (dreimal schnellere Wärmeableitungsrate).

„Wir berichten über eine einfache, einstufige und skalierbare Bottom-up-Strategie zur Biosynthese robuster Bakterienzelluloseschichten mit ausgerichteten Nanofibrillen und multifunktionalen Hybrid-Nanoschichten auf Bakterienzellulosebasis unter Nutzung der Scherkräfte aus Flüssigkeitsströmungen in einem Rotationskulturgerät. Die resultierenden Bakterienzelluloseschichten weisen eine hohe Zugfestigkeit, Flexibilität, Faltbarkeit, optische Transparenz und langfristige mechanische Stabilität auf“, fasste Rahman zusammen.

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