Selbstorganisierte Borsten

Helikale Strukturen, auch aus mehreren verflochtenen Strängen, sind in der Natur wie von Menschenhand geschaffen keine Seltenheit: Vom dicken Schiffstau bis zur DNA gibt es zahlreiche Beispiele.

Bei bewährten Prinzipien versuchen Forscher gern, die grundlegenden Bedingungen aufzuklären, um den Prozess in jeder Größenordnung und für möglichst vielfältige Materialien anwendbar zu machen. So auch Joanna Aizenberg von der Harvard University und ihre Kollegen, die sich dafür allerdings weder der ganz großen noch der ganz kleinen Welt widmeten, sondern dem Millimeterbereich – denn hier sind künstlich geschaffene, komplexer gewundene Strukturen noch vergleichsweise selten.

Sie entwickelten Kunstharzborstenplatten, die sie in verschiedenen Flüssigkeiten badeten. Als diese langsam verdunsteten, passierte zunächst – nichts. Hätte es sich um perfekte Anordnungen gehandelt, wäre es dabei auch geblieben: Die Borsten hätten ihren aufrechten Stand schlicht behalten, denn bei gleichmäßigem Abstand könnte keine Borste eine andere zu sich ziehen.

Doch was ist schon perfekt? Kleine Unregelmäßigkeiten zwischen den einzelnen Borsten oder auch dem Verdunstungsprozess sorgten dafür, dass an solchen Störstellen eben doch schwache Kräfte wirken konnten – und eine regelrechte Ereigniskette der Selbstorganisation auslösten: Neigte sich die erste Borste, folgten schnell die zweite und dritte. Je nach Material und Flüssigkeit entstanden so die mal rechts, mal links gewundenen Strukturen, die jeweils verschieden viele Borsten umfassten.

Für Aizenberg und ihre Mitarbeiter ist ihr Experiment weit mehr als Spielerei, nach der es zunächst aussieht: Sie fingen mit ihren sich kräuselnden Borsten beispielsweise Mikropartikel ein – und das sehr haltbar. Denn auch nach "rigoroser Ultraschallbehandlung", so berichten die Wissenschaftler, blieben die Körnchen fest gefangen.

Pokroy, B. et al.: Self-Organization of a Mesoscale Bristle into Ordered, Hierarchical Helical Assemblies. In: Science 323, S. 237-240, 2009.