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08/12/2021

Zart, aber hart: Warum Pistazienschalen Kugelgelenken ähneln

Ein Forscherteam erarbeitete sich spannende Einsichten in die Verpackungssysteme der Natur.

Haben Sie schon jemals darüber nachgedacht, warum Nussschalen unterschiedliche Festigkeit haben? Notburga Gierlinger schon und sie dringt dabei tief in die Struktur der unterschiedlichen Nussarten ein. Am Institut für Biophysik an der Universität für Bodenkultur (Boku) Wien analysiert Gierlinger im Rahmen eines hochdotierten "Consolidator"-Förderpreises des European Research Council (ERC) Nussschalen auf der Mikro- und Nano-Ebene.

"Einsichten in die Verpackungskonzepte der Natur" zu gewinnen, ist das Ziel eines Wiener Forschungsteams um Notburga Gierlinger. Bereits 2019 fanden sie eine wie in einem Puzzle verzahnte neue Zellart in Walnussschalen. Nun verglichen sie diese dicken und harten Schalenvertreter mit der Pistazie. Letztere erwies sich "als wahre Meisterin dieser Zellverzahnung", so Gierlinger, deren Ergebnisse nun im Fachblatt "Royal Society Open Science" erschienen sind.

Pistazie: Komplexes 3D-Puzzle

So hält die Walnussschale höhere Zug- und Druckbelastung aus, als das etwa bei Macadamia oder Haselnüssen der Fall ist. Die nun im Vergleich zur Walnuss untersuchte fast zarte Ummantelung der Pistazie entpuppte sich ebenso als komplexes 3D-Puzzle mit "kugelgelenkartigen Verbindungen".

Dadurch "wird neben einer hohen Festigkeit auch eine bemerkenswerte Verformbarkeit erreicht", so die Forscherin am Donnerstag in einer Aussendung der Uni. Dies liege vermutlich an einem anderen Neigungswinkel der Zellen in der Pistazienschale und an dem niedrigeren Gehalt am hart machenden "Holzstoff" (Lignin), schreiben die Wissenschafter in ihrer aktuellen Arbeit.

Zellstrukturen nutzen

Die komplexen Feinstrukturen von Nussschalen könnten künftig zur Entwicklung sogenannter biomimetischer - also von der Natur inspirierten - Materialien etwa auf Basis von Schalenabfällen führen.

Die Strukturen mit ihrer enormen Oberfläche auf engem Raum könnten bisher in Verwendung befindliche Fasern in manchen industriellen Anwendungen überflügeln, glauben die Wissenschafter.

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