Klebstoff Fußsohlen von Insekten, Spinnen und Geckos als Vorbild für neuartigen Klebstoff

Zusammen mit der Firma Gottlieb Binder entwickelten die Forscher des Max-Planck-Institutes für Metallforschung ein neuartiges Haftmaterial, dessen Geheimnis Mikrohärchen mit Pilzkopf sind. Diese spezielle Oberflächenstruktur ist von Fußsohlen von Insekten, Spinnen und Geckos inspiriert und lässt das Material an glatten Wänden kleberfrei haften.

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Schon seit einiger Zeit ist bekannt, wie Insekten, Spinnen und Geckos zu dem bemerkenswerten Talent kommen, an Wänden oder Decken spazieren zu gehen: extrem dünne Härchen lassen ihre Füße regelrecht an der Wand kleben. Je größer das Tier, desto feiner diese Haare. Die im Verhältnis zu einer Fliege schweren Geckos wenden bei der Gelegenheit schon seit Millionen Jahren Nanotechnik an.

Nach Erkenntnissen der Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts ist die Form der Fasern auch ein bedeutender Faktor; besonders starke Haftung erzielen beispielsweise spatelförmige Haarenden und sie wird zusätzlich durch Feuchtigkeit gesteigert. Dieses Wissen war wichtig für die Entwicklung künstlicher, sich am Vorbild der Natur orientierender Haftsysteme, wie beispielsweise neuartiger selbsthaftender Klebebänder.

Schwer nachzuahmender HaftmechanismusZwar entfachten die Entdeckungen große Erwartungen, doch die ersten Generationen der mit verschiedenen Methoden erzeugten biomimetischen, also von der Natur inspirierte, Oberflächen hafteten schlecht. Jetzt sind die Wissenschaftler allerdings bei der Nachahmung des biologischen Haftmechanismus einen großen Schritt weiter gekommen, denn sie könnten ein Material entwickeln, dessen biomimetische Mikrostruktur exzellente Hafteigenschaften bewirkt. Die Entwicklung der künstlichen Strukturen basierte auf der Untersuchung der Fußsohlen mehrerer Käferarten. Deren besonders starke Haftkraft beruht auf speziell geformten Härchen, die an winzige Pilze erinnern.

Bei der Herstellung dient eine Form als Vorlage, in die gleichsam als Negativbild die gewünschte Oberfläche eingeprägt ist. Dort wird ein polymerisierendes Gemisch hineingefüllt, es härtet aus und anschließend lässt sich der Kunststoff von der Vorlage trennen. Was einfach klingt, nahm viel Zeit in Anspruch; besonders die Konstruktion der Mikrostruktur-Kuchenform. Aber auch die Polymer-Mischung zu optimieren kostete viel Geduld: Ist sie zu flüssig, fließt sie einfach aus der Form. Ist sie zu viskos, gelangt sie gar nicht erst hinein.

Künstliches Haftsystem überzeugt durch viele Vorzüge

In den strengen Prüfungen, die am Max-Planck-Institut mit speziell für diesen Zweck entwickelten Messinstrumenten vorgenommen wurden, überzeugte das künstliche Haftsystem durch seine neuartigen Eigenschaften. So hält es hunderte Anwendungen nacheinander durch, hinterlässt keine sichtbaren Spuren und regeneriert sich vollständig von Verschmutzungen, wenn man es mit Seife wäscht.

Die Forscher ermittelten, dass fünf Quadratzentimeter des Materials an Wänden mit glatten Oberflächen bis zu hundert Gramm schwere Gegenstände halten; an der Decke allerdings erheblich weniger. Das Material hatte sich sogar schon als Schuhsohle für Kletterroboter bewährt. So konnte ein 120 Gramm schwerer Roboter mit den künstlichen Haftfasern an der Fußsohle eine senkrechte Glaswand ersteigen. Glatte Strukturen wie Glas oder poliertes Holz eignen sich gut als Unterlage. Hingegen ist die Raufasertapete nicht gerade das Lieblingsterrain des Materials. Aber auch Insekten haben Schwierigkeiten an Oberflächen mit feiner Rauigkeit zu laufen, denn dies ist ein grundsätzliches Problem dieses Haftmechanismus.

Der Anwendung sind kaum Grenzen gesetzt

Die potenzielle Verwendung erstreckt sich von einer Schutzfolie für empfindliche Gläser oder Silizium-Wafern bis hin zu wieder verwendbaren Klebunterlagen - Kühlschrankmagnete ade, jetzt kommen die Mikrohärchen, die allerdings auch an Spiegel, Schrank und Scheibe haften. In industriellen Produktionsprozessen findet man das neue Material beispielsweise bald bei der Fertigung von Glas-Bauteilen. Allerdings lässt sich das Verfahren noch nicht auf die großtechnische Produktion übertragen. In ihrer aktuellen Forschung versuchen die Wissenschaftler die Haftung durch Verfeinerung der Strukturen noch zu verbessern.

Dr. Gorb ist Gruppenleiter in der Abteilung für Dünnschicht- und Biosysteme des Max-Planck-Institutes für Metallforschung in Stuttgart

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