Wissenschaftler nehmen sich die Reptilien bei der Entwicklung neuartiger Verfahren zum Vorbild Kleben wie die Geckos

Geckos sind eine Gruppe von Echsen, zu der Hunderte Arten gehören. Sie haben sich im Laufe von Millionen Jahren an unterschiedliche Lebensräume angepasst. In Wüsten sind sie ebenso zu finden wie in gemäßigten Klimazonen. Manche Geckos besitzen die Fähigkeit, sogar kopfüber an glatten Oberflächen zu laufen. Damit haben sie auch das Interesse von Forschern geweckt, die sich mit Klebeverfahren beschäftigen. Dass sich von den Tieren einiges lernen lässt, zeigt eine neue Studie.
21.02.2014, 00:00
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Kleben wie die Geckos
Von Jürgen Wendler

Geckos sind eine Gruppe von Echsen, zu der Hunderte Arten gehören. Sie haben sich im Laufe von Millionen Jahren an unterschiedliche Lebensräume angepasst. In Wüsten sind sie ebenso zu finden wie in gemäßigten Klimazonen. Manche Geckos besitzen die Fähigkeit, sogar kopfüber an glatten Oberflächen zu laufen. Damit haben sie auch das Interesse von Forschern geweckt, die sich mit Klebeverfahren beschäftigen. Dass sich von den Tieren einiges lernen lässt, zeigt eine neue Studie.

Dass manche Geckos selbst auf extrem glatten Oberflächen wie Glasscheiben haften, liegt an der sogenannten Van-der-Waals-Kraft, einer zwischen Atomen und Molekülen wirkenden Kraft, deren Bezeichnung an den niederländischen Physiker Johannes Diderik van der Waals (1837 bis 1923) erinnert. Van-der-Waals-Kräfte entstehen dadurch, dass sich die Verteilung der Ladung in Atomen oder Molekülen, das heißt Gebilden aus mehreren Atomen, kurzzeitig verändern kann. Negativ geladene Elektronen bewegen sich um den Atomkern herum. Dabei kann eine Situation entstehen, bei der – einfach ausgedrückt – ein Übergewicht solcher Elektronen auf einer Seite des Atoms oder Moleküls entsteht. Dieses wird zu einem Dipol. Es bilden sich zwei entgegengesetzte Pole, wie bei einem Stabmagneten. Begegnen sich unterschiedlich polarisierte Teilchen, ziehen sie sich gegenseitig an.

Die hohe Haftkraft von Geckos beruht auf der gewaltigen Anzahl der Härchen an ihren Füßen, die in Kontakt mit dem Untergrund kommen können. Auf diese Weise summieren sich die Kräfte – mit der Folge, dass selbst vergleichsweise schwere Tiere Halt finden. Sekrete, denen zum Beispiel Schmeißfliegen ihren Halt verdanken, benötigen Geckos nicht.

Dies ist allerdings nicht die einzige Besonderheit, die die Reptilien auszeichnet. Auf eine andere weisen jetzt Wissenschaftler des Karlsruher Instituts für Technologie und der Carnegie Mellon Universität in Pittsburgh im Fachmagazin „Interface“ der britischen Royal Society hin. Die Füße der Tiere haften selbst dann noch problemlos auf glatten Oberflächen, wenn sie wiederholt in Kontakt mit Schmutz und Staub gekommen sind. Dass dies keine Selbstverständlichkeit ist, weiß jeder, der einen Klebestreifen benutzen möchte, auf dem sich Staub oder Krümel befinden. Die Füße der Geckos hingegen verfügen über einen Selbstreinigungsmechanismus.

Die Forscher aus Karlsruhe und Pittsburgh haben einen Klebestreifen entwickelt, bei dem sie sich diesen Selbstreinigungsmechanismus zunutze machen. Weil Geckos ihre Zehen bei jedem Schritt ein Stück weit über den Untergrund ziehen, können sie Schmutz abstreifen. Kleinere Teilchen können sich zwischen den feinen Härchen an der Fußsohle und in darunterliegenden Hautfalten ablagern.

Streifen mit elastischen Härchen

Um den Mechanismus nachzuahmen, experimentierten die Wissenschaftler mit Klebestreifen, die mit elastischen Härchen unterschiedlicher Größe besetzt waren. Sie pressten den Streifen auf eine Platte, verschoben ihn seitwärts und hoben ihn wieder an. Diesen Vorgang wiederholten sie mehrfach, um anschließend die Klebestärke zu messen. Das Karlsruher Institut für Technologie zitiert den Forscher Hendrik Hölscher in einer Mitteilung mit dem Hinweis, dass für den Effekt das Verhältnis des Durchmessers der Härchen zur Größe der Schmutzteilchen entscheidend sei. Bei den Experimenten übernahmen winzige Glaskügelchen die Rolle der Schmutzteilchen. Die beste Wirkung erzielen nach den Erkenntnissen der Wissenschaftler Härchen mit einem Durchmesser im Bereich von millionstel Millimetern (Nanometern), die kleiner sind als die meisten Schmutzteilchen. Die Aufgabe der Hautfalten von Geckos übernehmen beim Klebestreifen Furchen zwischen den Haarreihen. Die Forscher halten es für möglich, dass das Verfahren einmal zu einer günstigen Alternative zu Klettverschlüssen werden könnte. Mit seiner Hilfe, so heißt es, ließen sich zum Beispiel Lebensmittelverpackungen mehrfach öffnen und wieder verschließen.

Das Klebeverfahren ist nicht das erste, bei dem sich Forscher Geckos zum Vorbild nehmen. Viel Aufsehen erregte eine im Jahr 2007 im Fachmagazin „Nature“ vorgestellte Klebeschicht mit der Bezeichnung „Geckel“. Die Wissenschaftler um Haeshin Lee hatten zahllose winzige, dicht beieinanderliegende Säulen mit einer Aminosäure (DOPA) beschichtet, die in hoher Konzentration auch in den klebrigen Eiweißstoffen von Muscheln enthalten ist. Der Vorteil: Dieser Kleber hält auch auf feuchten Oberflächen. Der Name „Geckel“ erinnert an die Vorbilder, den Gecko und die Muschel (auf Englisch: mussel).

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