Kleben wie ein Gecko – selbstreinigend und haftsicher

Glaskugeln zwischen Mikrohärchen, deren Pilzform die Haftung erhöht / REM-Aufnahme: Michael Röhrig, KIT

Geckos haben Klebestreifen eines voraus: Selbst nach wiederholtem Kontakt mit Schmutz und Staub kleben ihre Füße noch auf glatten Flächen einwandfrei. Forscher des KIT und der Carnegie Mellon Universität in Pittsburgh haben nun den ersten Klebstreifen entwickelt, der nicht nur genauso haftsicher ist wie ein Geckofuß, sondern auch über einen vergleichbaren Selbstreinigungsmechanismus verfügt. Damit ließen sich beispielsweise Lebensmittelverpackungen oder Verbände mehrfach öffnen und sicher wiederverschließen.

Mikrohärchen nach dem Vorbild des Geckos vor und nach der Reinigung durch Reibekontakt mit einer glatten Fläche / REM-Aufnahme: Michael Röhrig / KIT

Geckos ziehen ihre Zehen bei jedem Schritt ein Stück weit über den Untergrund. Durch den seitwärtsgerichteten Reibkontakt streifen sie dabei größere Schmutzpartikel ab. Kleinere Partikel lagern sich zwischen den feinen Härchen auf der Fußsohle und in darunter liegenden Hautfalten ein. Die Forscher haben im Experiment nachgewiesen, dass diese zwei Mechanismen 95 % der Selbstreinigung ausmachen. Nach Dr. Hendrik Hölscher vom Institut für Mikrostrukturtechnik (IMT) des KIT ist für diesen Effekt das Verhältnis von Partikelgröße zum Durchmesser der Härchen entscheidend.

Für ihre Experimente verwendeten die Wissenschaftler elastische Mikrohärchen in unterschiedlichen Größen. Anstelle von Schmutzpartikeln nutzten sie Glaskügelchen im Mikrometerformat, die sie auf einer glatten Platte verteilten. Um die Schritte des Geckos zu simulieren, pressten sie einen mit Mikrohärchen besetzten künstlichen Klebestreifen auf die Platte, verschoben diesen seitwärts und hoben den Streifen wieder an. Diesen load-drag-unload-Prozess wiederholten sie mehrfach und testeten jeweils die Klebestärke.

Waren die Kügelchen im Durchmesser größer als die Mikrohärchen, verschwand die Haftkraft nach dem Erstkontakt (load) – wie bei gewöhnlichem Klebeband. Aber nach nur acht bis zehn Durchgängen des Abstreifprozesses erreichte der Geckoklebstreifen wieder 80 % bis 100 % seiner ursprünglichen Leistungsfähigkeit. Längerfristig gedacht, könnte sich hieraus eine günstige Alternative zu Klettverschlüssen entwickeln. Mögliche Einsatzgebiete wären Sport, Medizin, die Automobilindustrie oder die Raumfahrt, so Metin Sitti, Professor an der Carnegie Mellon University.

Unterschritt die Kugelgröße den Durchmesser der Mikrohärchen, konnten die Forscher nur ein Drittel der ursprünglichen Haftkraft wieder herstellen. Für den perfekten Geckoklebstreifen werden deshalb Härchen im Nanometerbereich benötigt, die kleiner sind als die meisten Schmutzpartikel. Die Hautfalten des Geckos haben die Wissenschaftler bereits als breite Furchen zwischen den engen Haarreihen abgebildet. Sie bieten genügend Platz, um Feinstäube einzulagern. Tests mit tatsächlichen Schmutzpartikeln verschiedener Formen und Größen sowie aus unterschiedlichen Materialien sollen nun folgen.

Die Ergebnisse haben die Wissenschaftler im Fachmagazin Interface der britischen Royal Society veröffentlicht.

Originalveröffentlichung: Mengüç Y, Rohrig M, Abusomwan U, Hölscher H, Sitti M.: 2014 Staying sticky: contact self-cleaning of gecko-inspired adhesives. J. R. Soc. Interface 20131205. http://dx.doi.org/10.1098/rsif.2013.1205

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