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Aus großer Kraft folgt große Verantwortung. – Onkel Ben

 

Reversibel selbsthaftende Oberflächen sind ein superspannendes und sehr aktuelles Thema in der Nanotechnologie. Dabei versucht man physikalische Wechselwirkungen zwischen feinen Nanoteilchen und einer Oberfläche (z. B. einer Wand) auszunutzen. Im Gegensatz zu chemischen Wechselwirkung, wie beim Kleber, können diese physikalischen Kräfte reversibel benutzt werden. Man zerstört also nichts, wenn man den Halter wieder abzieht. Beim Kleber kann man sich in der Regel ja eine neue Tapete kaufen oder dem Nachbarn guten Tag sagen…

Bild 1

Peter Parkers Finger in Spider-Man.

Die Inspiration für solche selbsthaftenden Oberflächen kommt aus der Natur und das bekannteste Beispiel ist der Gecko (oder Spider-Man). Der Gecko (und Spider-Man auch wie man in Spider-Man mit Toby Maguire in Minute xx sieht) hat auf seinen Pfoten Millionen feiner Nanohärchen, die diese physikalischen Kräfte ausnutzen. Dadurch kann der Gecko nahezu überall haften. Damit er aber nicht festklebt, zieht er seine Pfoten, ähnlich wie beim Klettverschluss, in einer Rollenbewegung von der Oberfläche ab (Das macht Spider-Man falsch!!!). Allerdings gibt es noch viele andere Tiere, die solche Fähigkeiten haben. Ein sehr interessantes Tier ist dabei der Tree Frog. Dieser Frosch kann nämlich auf trockenen und nassen Oberflächen haften. Er benutzt dafür ein anderes Prinzip als Spider-Man. Die Pfoten des Frosches haben zwar auch diese Nanohärchen, allerdings sondern sie ein spezielles Sekret ab, das hauptsächlich für die Adhäsion zuständig ist. Im Gegensatz zu Geckos haben die Frösche zusätzlich auch eine sehr große Oberflächenreibung, das heißt sie verrutschen auf der (nassen) Oberfläche nicht…

whites_tree_frog_2

Für die Entwicklung von selbsthaftenden Produkten ist diese Eigenschaft extrem cool.

In der Arbeit: Nanoscale friction and adhesion of tree frog toe pads, vom letzten Jahr, untersuchen die Autoren genau diesen Effekt. Durch die Verwendung des Rasterkraftmikroskops, können sie sowohl die Adhäsion zwischen der Froschpfote und der Mikroskopnadel, als auch die Reibung messen. Dabei haben sie festgestellt, dass der Frosch im Wasser seine Klebkräfte verliert, die Nanohärchen jetzt allerdings dafür sorgen, dass die Reibung extrem hoch wird und er dadurch nicht abrutscht. Die genauen physikalischen Mechanismen dahinter sind allerdings noch nicht genau verstanden. Diese Studie ist superinteressant, da die meisten Untersuchungen zum Thema reversible Haftung ihren Fokus auf den Gecko legen und der Haftmechanismus der Frösche oft vergessen wird. Außerdem war der Einfluss der Nanohärchen hier noch völlig unbekannt und könnte zum Beispiel in der Reifenindustrie oder der Medizin eine wichtige Rolle spielen.

Kommentare (5)

  1. #1 Stefan
    1. Februar 2018

    Hi Samir, danke für den interessanten Artikel! Das mit der Rollbewegung, mit der Geckos ihre Hände und Füße wieder vom Untergrund lösen (und das Spidy das falsch macht), war mir noch nicht bekannt. :-)
    Der “tree frog” (selbige heißen im Deutschen übrigens Laubfrösche, Familie Hylidae), den die in dem von Dir genannten Artikel untersucht haben, heißt zu Deutsch Korallenfinger-Laubfrosch (Litoria caerulea) und adhäsiert typischerweise in Australien und Neuguinea so vor sich hin (https://de.wikipedia.org/wiki/Korallenfinger-Laubfrosch) – …’tschuldigung, wenn der Biologe da mit mir durchgeht…
    Ob der bei uns beheimatete Europäische Laubfrosch (Hyla arborea) das auch so macht?

    • #2 samir
      8. Februar 2018

      Hi Stefan, Dank für deinen Kommentar und die Anmerkung des Biologen :)

  2. #3 gedankenknick
    1. Februar 2018

    Der Vergleich mit Spider(man) hinkt leider etwas. Zwar ist, zugegeben, Spidermans “Haken-Nadel-Finger-System” auch nicht realitätskompatibel…
    …aber Spinnen haften nicht unbedingt (nur) wegen Nanohaaren an den Füßen auf glatten Oberflächen.

    Manche Spinnenarten haben Spinndrüsen an den Füßen und “kleben” sich mittels Seide fest, weil das Haftpotential der eigenen Nanohaar-Füße alleine nicht ausreicht: https://www.wissenschaft-aktuell.de/artikel/Wie_Spiderman__Vogelspinnen_schiessen_Seide_aus_den_Fuessen1771015587633.html

    Andere Spinnenarten haben gar keine Haftmechanismen an den Füßen, sondern nur Krallen und/oder größere Haare (für die Seidenfäden des eigenen Netzes). Die sitzen dann meist nach gelöschtem Durst – aber ohne “Sicherheitsleine”, an der sie zurückkrabbeln könnten – in Waschbecken oder Badewanne fest und kommen nicht mehr raus, weil das Haftpotential der Füße auf glatten Keramik-, Plaste-, Edelstahl- oder Emaille-Oberflächen einfach nicht ausreicht. 😉

  3. #4 Omnivor
    Am 'Nordpol' von NRW
    1. Februar 2018

    Ich habe die Idee, dass in Zukunft ‘Staublecker’ die Staubsauger ersetzen. Aus dem Gerät züngelt ein nanoklebriges Tuch hervor, an dem der Dreck hängen bleibt. Im Gerät wird der Dreck wieder abgelöst und gesammelt, so dass das Tuch wieder eingesetzt werden kann.
    Und dann ist die Wohnung wie geleckt.

  4. #5 Dr. Webbaer
    6. Februar 2018

    Aja, der Tree Frog klebt also und der freundliche Gecko nutzt “Nanohärchen”, wenn er bspw. auf Zimmerdecken, seitenverkehrt, herumspaziert, womöglich von deren Unebenheit / Rauhheit profitiert und auch beim ‘Abziehen des Halters’ nicht sonderlich leidet.
    Dr. Webbaer hat dies mit dem Gecko mehrfach, auch in asiatischen Ländern und vor vielen Jahren, erlebt, war anfänglich ein wenig überrascht über dessen Fähigkeiten, abär auch über die Nonchalance mit der er von der dortigen Bevölkerung gehandhabt worden ist.