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Tiefseeschwamm macht Lichtwellenleiter-Herstellern etwas vor  
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Anmeldungsdatum: 01.01.2001
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BeitragVerfasst am: Mi Aug 27, 2003 4:37 pm    Titel: Tiefseeschwamm macht Lichtwellenleiter-Herstellern etwas vor

Zitat:
Glasfasern zum Knoten
Tiefseeschwamm macht Lichtwellenleiter-Herstellern etwas vor
Biologie. - Glasfasern - das ist derzeit sozusagen das High-end in der Kommunikationstechnik. Und doch sind die menschengemachten Glasfasern anscheinend nur ein einfacher Abklatsch dessen, was die Natur so zustande bringt. Das jedenfalls zeigen die Untersuchungen eines Schwamms aus der Tiefsee, dessen Glasfasern jetzt von Forschern der Universität von Tel Aviv und den Bell Labs in New Jersey untersucht worden sind. Seine Nadeln leiten Licht wie ein kommerzieller Lichtleiter, nur in entscheidenden Punkten ist er besser. In Nature beschreiben sie ihre ungewöhnlichen Ergebnisse.
Von Dagmar Röhrlich

Der Glasschwamm Euplectella gehört zu den schönsten Gebilden der Natur: Es ist ein Zylinder aus fein gesponnenem Glas, der an zarte Klöppelspitze erinnert. Es sieht aus wie ein Füllhorn aus der Tiefsee, und in ihm wohnt fast immer ein Paar von winzigen Krebstierchen. Das hat ihm den Spitznamen "Blütenkorb der Venus" eingebracht. Euplectella ist aber nicht nur etwas für Ästheten - vielmehr begeistert er auch Techniker. Denn die Glasnadeln dieses Tiefseeschwamms haben bemerkenswerte optische Eigenschaften: Joanna Aizenberg von den Bell-Labs des US-Unternehmens Lucent Technologies:

Wir haben ein Beispiel gefunden, in dem die Natur optische Fasern herstellt, die kommerziellen Glasfasern aus der Telekommunikation überraschend ähneln. Die Idee, dass die Natur optische Fasern herstellt, die unseren gleichen, ist bestechend, und es ist spannend die Eigenschaften beider Fasern zu vergleichen und zu schauen, was wir von der Natur lernen können.

Die Nadeln des Schwamms bestehen aus demselben Material und haben ähnliche Abmessungen wie die industriell gefertigten Lichtleiter. Sie sehen aus wie feinste Haare aus Glas und bestehen aus amorphem, wasserhaltigem Silizium. Besonders interessant ist die Unterseite des Schwamms, wo die Nadeln bis zu 15 Zentimeter lang werden. Aizenberg:

Sie leiten das Licht wie die Glasfasern. Gut, sie mögen zwar auf Distanzen von Kilometern nicht so gut sein, wie die menschengemachten, aber das braucht der Schwamm auch nicht. Dafür sind die mechanischen Eigenschaften der biologischen Fasern sehr viel besser als die der technischen. Sie sind um mindestens zwei Größenordnungen stabiler als die künstlichen Glasfasern. Man kann die biologischen Fasern verknoten, ohne dass sie brechen. Bei künstlichen Fasern geht das nicht. Deren Bruchrisiko ist eines der größten Probleme und der wichtigste Grund für technische Störungen.

Bei den Schwammnadeln erkennt man eine geschichtete Struktur mit drei Regionen verschiedener Zusammensetzung, die sich im Detail von den künstlichen unterscheiden. Aizenberg:

Wenn wir uns die innere Struktur ansehen, dann ist die biologische Faser grundsätzlich gleich aufgebaut, das heißt, sie besteht aus einem Kern mit einem hohen Brechungsindex, der von Hüllschichten umgeben ist. Deshalb leiten sie Licht ebenso wie technische Fasern. Aber die biologischen Fasern sind umgeben von dünnsten Lagen, die durch organische Moleküle zusammengeklebt sind und wie eine schützende Hülle wirken. So werden sie mechanisch so stark, dass sie fast unzerbrechlich werden.

Ein anderer Vorteil: Die Schwammnadeln entstehen unter den Umweltbedingungen der Tiefsee - sprich bei Wassertemperaturen knapp über Null Grad. Der technische Herstellungsprozess läuft hingegen bei sehr hohen Temperaturen ab. Das verhindert aber, dass man einige gute Eigenschaften der biologischen Leiter kopiert. So zeigen chemische Analysen der Schwammnadeln: Ihre Brechungseigenschaften und damit auch die Eigenschaften als Wellenleiter werden durch feinverteilte Zusätze wie Kalium-Ionen verbessert. Heute wäre so etwas technisch nicht umsetzbar. Aizenberg:

Es gibt viele wichtige Eigenschaften, die wir erreichen könnten, wenn wir die technischen Glasfasern bei niedrigen Temperaturen wachsen lassen könnten. Das öffnet ein riesiges Feld, wenn wir die Parameter des technologischen Prozess so verändern könnten, dass er statt bei hohen, bei niedrigen Temperaturen ablaufen könnte.

Übrigens: Warum Euplectella diese ungewöhnlichen Eigenschaften entwickelt hat, weiß niemand. Vielleicht ist es purer Zufall. Es könnte aber auch sein, dass die Fähigkeit, Licht aus der Umgebung einzufangen und für sich zu nutzen, in der lichtlosen Tiefsee Vorteile bringt.


aus der Wissenschaftszeitschrift Nature
_________________
Gruß
Thorsten
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