25.07.2007

Schaltbarer Kleber

Insekten und Geckos nutzen eine schaltbare Adhäsion. Ein Forscherteam hat nun das Geheimnis der Haftung, die auf Befehl wieder gelöst werden kann, gelüftet.

Gel und kunststoff-beschichtete Oberfläche haften aneinander und lösen sich als Antwort auf äußeren Reiz

Zwei Oberflächen haften fest aneinander, lösen sich voneinander, haften wieder aneinander – auf Befehl. Was ein Forscherteam von den Universitäten Sheffield (UK) und Bayreuth da entwickelt hat, widerspricht eigentlich unserer Erfahrung aus dem täglichen Leben. Anders im Tierreich: Geckos klettern mühelos glatte, steile Wände hinauf, indem sie die Haftung ihrer Füße quasi an- und abschalten. Insekten nutzen ebenfalls eine Art schaltbarer Adhäsion, wenn sie an der Decke hocken und sofort wegfliegen, wenn man ihnen mit einer aufgerollten Zeitung zu Leibe rücken will. Wie diese Tiere es schaffen, die Haftung an- und abzuschalten, ist bisher nicht im Detail geklärt. In der Zeitschrift Angewandte Chemie lüften die Wissenschaftler um Mark Geoghegan aber das Geheimnis ihrer „intelligenten“ schaltbaren Adhäsion.

Die eine Oberfläche besteht aus einer gelförmigen Polysäure, einem dreidimensional vernetzen Polymer, das viele Säuregruppen trägt. Dieses Polymernetz ist mit Flüssigkeit so vollgesogen, dass eine feste, gallertartige Masse entsteht. Die andere Oberfläche ist ein Silicium-Chip, auf den eine Polybase aufgepfropft wurde. Diese Polybase besteht aus Polymerketten, die bürstenartigen von der Unterlage abstehen und viele basische Gruppen tragen. In Wasser oder leicht saurer Lösung sind die sauren Gruppen positiv, die basischen Gruppen negativ geladen und ziehen sich gegenseitig an. Neben dieser elektrostatischen Anziehung bilden sich außerdem sogenannte Wasserstoffbrückenbindungen aus, die die beiden Oberflächen fest aneinander haften lassen.

Wird die umgebende Lösung nun stärker angesäuert (pH-Wert von etwa 1), lösen sich die Bindungen, die basischen Gruppen verlieren ihre Ladung, die elektrostatische Anziehungskraft lässt nach. Die beiden Oberflächen können nun langsam und vorsichtig voneinander gelöst werden, ohne eine Beschädigung. Dieses Lösen der Haftung ist reversibel: Wird der pH-Wert wieder erhöht, die Lösung also wieder weniger sauer gemacht, haften Gel und „Bürste“ wieder aneinander, viele Zyklen können durch einfachen pH-Wert-Wechsel durchlaufen werden.

Mögliche Anwendungen für derartige „smarte“ Oberflächenpaare sind mikroelektromechanische Bauteile (Aktuatoren), Bauteile für mikrofluidische Systeme oder Transporter für pharmakologische Wirkstoffe, die ihre Fracht unter definierten physiologischen Bedigungen freigeben.

Quelle: Angewandte Chemie

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