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Materialwissenschaften

Nanoteilchen kleben Gele und Organe

Zwei Gelstreifen, an einer Klebestelle verbunden.

Eine ungewöhnliche Klebtechnik verbindet Polymergele und feuchte Materialien wie Gewebe, die bisher nur schwer zu kleben waren. Der Klebstoff selbst, den ein Team um Séverine Rose von der Université Pierre et Marie Curie entwickelte, ist eine Lösung von Nanoteilchen, an die sich einzelnen Molekülstränge aus den Polymeren anlagern. Dadurch, dass Moleküle aus beiden zu verklebenden Oberflächen an die Nanoteilchen binden, halten diese die Werkstücke zusammen. Neben Gelen mit hohem Wasseranteil verklebten die Forscherinnen mit der Technik auch Lebergewebe, so dass die Nanoteilchen auch als Gewebekleber für die Chirurgie geeignet sein könnten.

Wenn man Gele und ähnliche Materialien mit Pulvern wie Talkum bestreut, tut man das eigentlich, damit sie nicht mehr kleben. Doch unter bestimmten Umständen kehrt sich der Effekt in sein Gegenteil um. Damit das passiert, muss die Größe der Teilchen etwa im Bereich der Maschenweite des Polymers liegen, also der Abstände zwischen den einzelnen Polymersträngen. Das funktioniert auch mit extrem aufgequollenen Gelen: Mit der neuen Technik verklebten die Forscher Werkstücke, die zu 98 Prozent aus Wasser bestanden.

Zwei Streifen aus Kalbsleber, die an einer Stelle zusammenhängen
Verleimtes Lebergewebe | Die Suspension der Silikat-Nanopartikel hält auch biologische Materialien wie diese Leberstreifen zusammen.

Die einzelnen Stränge lagern sich an die Oberfläche des Teilchens an und verbinden benachbarte Teilchen untereinander. Es entsteht im Prinzip eine dünne Schicht eines Kompositmaterials, das in vielen Fällen stabiler ist als die miteinander verklebten Gele. Der Grund ist, dass die Klebeschicht nicht nur dank der Polymerstränge elastisch ist, sondern auch selbstheilend: Wird die Spannung zu groß und ein Polymerstrang löst sich von einem Nanopartikel, nimmt sofort ein anderer seinen Platz ein.

Dadurch nimmt die Verklebung erhebliche Verformungskräfte auf: Als die Forscher so verklebte Gele in Wasser auf das Fünffache ihres Ausgangsvolumens quellen ließen, wuchs die Klebestelle mit, ohne an Stärke zu verlieren. Nach Angaben der Forscherinnen lassen sich so auch verschieden steife Gele miteinander verbinden, und sogar biologische Gewebe, wie Rose und ihre Kollegen anhand von Kalbsleberstreifen demonstrierten. Der Effekt ist auch nicht auf Silikatteilchen beschränkt – er funktioniert zwischen allen Gelen und Teilchen, die sich physikalisch aneinander anlagern: Mit einer geeigneten chemischen Beschichtung eignen sich auch mit Kohlenstoffnanoröhren als Klebstoff.

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