Es ist der Traum eines jeden Feinschmeckers: Einmal in einer Auster eine Perle finden – obwohl kaum jemand das eisgekühlte Schalentier selbst öffnet. Perlen sind wohl die schönste Form des Perlmutts, jenes glatten, schillernden Materials, mit dem sich Muscheln oder einige andere Weichtiere zu umgeben pflegen – oder in das sie eingedrungene Fremdkörper einschließen. Auch Naturwissenschaftler haben ein Auge darauf geworfen – und das nicht, weil sie diese bezaubernde Form einer Abfallbehandlung fasziniert, sondern weil sich das relativ leicht und dennoch stabile Gebilde für vielerlei technische Zwecke nutzen ließe.

Chemisch gesehen besteht Perlmutt hauptsächlich aus Aragonit, einer speziellen Form von Kalziumkarbonat. In der Natur kommen diese keramischen Verbindungen ebenso als Kalkspat sowie in feinkristalliner Form als Kalkstein, Kreide oder auch Marmor vor. Die relative Härte des Perlmutts ist eine direkte Folge des inneren Aufbaus: Feinste Schichten aus Aragonit wechseln ab mit organischen Materialien wie Proteinen oder Chitin, die wie ein Mörtel wirken.

Schon viele Wissenschaftler wollten diese Baukunst der Natur nachahmen, versprechen die hitzebeständigen Keramiken doch widerstandsfähige Werkstoffe beispielsweise für Motoren oder Turbinen, die bei sehr hohen Temperaturen arbeiten und damit einen deutlich besseren Wirkungsgrad erzielen. Oder es ließen sich feste Gewebe herstellen, die als Knochen- oder Zahnersatz dienen könnten. Doch sind keramische Materialien normalerweise außerordentlich spröde und zerbröseln oft bei der kleinsten Belastung.

Nun hat eine Arbeitsgruppe um Sylvain Deville vom Lawrence Berkeley National Laboratory einen viel versprechenden Ansatz vorgestellt. Die Forscher orientierten sich dabei an Vorgängen, die ebenso im natürlichen Meerwasser ablaufen könnten: Zunächst ließen sie eine Lösung aus Kalk und Wasser gefrieren. Je nachdem, wie schnell sie die Eisbildung vorantrieben, drängte das gefrorene Wasser die Kalziumkarbonat-Schwebstoffe in mehr oder weniger dünne Schichten zusammen oder schloss Teile davon ein. Mit einem Verfahren, ähnlich dem Gefriertrocknen von Kaffee oder anderen Lebensmitteln, verdampften sie danach blitzschnell das Wasser. Übrig blieb eine perlmuttartig geschichtete, poröse Substanz.

Um dieser ähnlich gute mechanische Eigenschaften zu verleihen, wie sie Perlmutt besitzt, füllten die Experimentatoren ihre gerüstartige Struktur mit Epoxidharz oder mit Aluminium, dem sie zur Steigerung der Festigkeit zusätzlich kleine Menge Titan hinzufügten. Alle Fertigungsschritte beruhen auf üblichen, verbreiteten Verfahren, sodass einer industriellen Massenproduktion nichts im Wege stünde.

Als ein Betätigungsfeld böte sich die Implantationschirurgie an. Daher erzeugten die Materialwissenschaftler mit dem gleichen Herstellungsverfahren ein Gerüst aus Hydroxylapatit, einer Substanz aus kristallinem Kalziumphosphat, das ebenso Hauptbestandteil von Knochen und Zähnen ist. Es erwies sich als viermal so stabil wie herkömmliche, in der Medizin eingesetzte Transplantate. Ähnlich wie die heute gebräuchlichen Materialien bietet es gleichfalls genügend Platz und Ansatzpunkt für das Eindringen und Nachwachsen natürlicher Knochenzellen. Einem Schienbein aus perlmuttartigem Gewebe scheint daher künftig nichts mehr im Wege zu stehen.