Robert Klatt
Kohlenstoff-Quantenpunkte im Futter von Seidenraupen führen dazu, dass die Tiere, die Eier, die Kokons und die Seide unter sichtbarem Licht stark rot leuchten.
Shanghai (China). Die Forschung versucht seit Langem, Seidenraupen so zu manipulieren, dass die Tiere fluoreszierende Fäden herstellen. Weil die Fluoreszenz auf die An- oder Abwesenheit unterschiedlicher Stoffe stark reagiert, könnte eine solche Seide als Biosensor verwendet werden. Außerdem gibt es für das glatte und leichte Gewebe aufgrund dessen guter Biokompatibilität zahlreiche Nutzungsmöglichkeiten in der biomedizinischen Forschung und der Medizin.
Japanische Wissenschaftler konnten bereits im Jahr 2013 Seidenraupen dazu bringen, Kokons zu produzieren, die grün, orange und dunkelgelb leuchtet. Dazu nutzen sie Gene einer Qualle, die bereits im Jahr 1961 beschrieben wurden. Die Genveränderung der Seidenraupen führten jedoch zu schädlichen Mutationen. Außerdem waren die leuchtenden Proteine überaus empfindlich. Eine normale Verarbeitung der Kokons war deshalb nicht möglich und es musste eine deutlich aufwendigere und teurere Methode eingesetzt werden.
Wissenschaftler der Fudan-Universität in Shanghai haben nun Raupen mit einer anderen Methode dazu gebraucht, fluoreszierende Kokons herzustellen. Wie das Team um Huan-Ming Xiong im Fachmagazin Advanced Materials erklärt, nutzen sie dazu Kohlenstoff-Quantenpunkten, die aus Maulbeerblättern produziert wurden.
Diese Kohlenstoff-Quantenpunkte mischten die Forscher dem Futter von Seidenraupen bei. Anschließend leuchten die Würmer, die Eier, die Kokons und die Seide stark rot, wenn sie mit sichtbarem Licht bestahlt wurden. Seidenraupen, die aus den leuchtenden Eiern schlüpften, leuchteten nicht mehr.
In der Regel bestehen sogenannte Quantenpunkte aus Halbleitermaterialien. Weil deren Nanostrukturen aus kleinen Inseln von Halbleiteratomen so fein sind, sind ihre energetischen Zustände vereinzelt und scharf definiert. Welchen Abstand die Energieniveaus und die daraus resultierende Wellenlänge des Lichtes hat, ist von der Größe der Quantenpunkte abhängig. Inzwischen werden Halbleiter-Quantenpunkte etwa in Displays als Alternative für OLEDs verbaut.
Außerdem gibt es in der Wissenschaft Kohlenstoff-Quantenpunkte, die aus biologischen Materialien wie den in der Studie verwendeten Maulbeerblättern erzeugt werden. Weitere Materialien, aus denen Kohlenstoff-Quantenpunkte hergestellt wurden, sind Zitronensaft und Kokoswasser. Verwendet werden können diese fluoreszierenden Partikel etwa als Sensor.
Bei der Produktion von Kohlenstoff-Quantenpunkten wird die als Ausgangsmaterial dienende Biomasse stark erhitzt. Bei den Quantenpunkten aus Maulbeerblättern waren dies 200 Grad Celsius. Danach wurde die verkohlte Masse in Wasser gelöst, um die Nanopartikel herausfiltern zu können. Laut den Wissenschaftlern ist dieses Verfahren im Vergleich zu anderen Herstellungsmethoden nachhaltig.
Es ist aber noch offen, ob die rot leuchtenden Kohlenstoffpunkte für die Seidenraupen langfristig giftig sind und ob sie die Umwelt belasten. Die Wissenschaftler möchten deshalb weitere Studien durchführen, die diese Fragen untersuchen.
Advanced Materials, doi: 10.1002/adma.202200152
