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News: Klebekünstler

Das Geheimnis der phänomenalen Bodenhaftung von Geckos scheint gelöst zu sein - und der Weg frei für die Entwicklung synthetischer "Gecko"-Klebstoffe.
Gecko von unten
Geckos sind sehr anhängliche Kletterer - sie bewegen sich auf extrem glatten Glas-Oberflächen genauso mühelos wie beispielsweise auf rauem Mauergrund. Und ohne Muskelkräfte zu beanspruchen, könnten sie sich locker an einem ihrer Finger von der Decke baumeln lassen. Wie sie den Regeln der Schwerkraft so unbeeindruckt trotzen, erregt seit Aristoteles – einem der ersten Gecko-Forscher – die Neugier der Wissenschaft.

Die anatomischen Grundlagen der fast übernatürlichen Bodenhaftung der Geckos entdeckte man bereits vor längerer Zeit. Die Fußsohlen der Tiere sind mit Millionen so genannter Setae ausgestattet - winziger Härchen, die kürzer sind als der Durchmesser zweier durchschnittlicher Menschenhaare. Die Setae laufen wiederum in etwa tausend noch kleinerer Ballen aus: Mit diesen Fußhärchen-Ballen, den Spatulae, klebt der Gecko regelrecht am Untergrund. Könnte ein Gecko alle Hafthärchen zugleich einsetzen, dürfte er nach physikalischen Berechnungen ruhig rund 125 Kilogramm mehr wiegen, ohne jedoch in echte Absturzgefahr zu geraten.

Nicht vollständig geklärt war bislang allerdings, welche Kräfte Härchen und Untergrund so fest zusammenschweißen. Eine allseits akzeptierte Theorie vermutet die Van-der-Waals-Kraft als Grundlage der Gecko-Haftung: Van-der-Waals-Wechselwirkungen sind eine besondere Form eigentlich schwacher Bindungen zwischen sich sehr nahe kommenden Molekülen. In der Summe sorgen die vielen schwachen Bindungen aller Härchen-Oberflächen allerdings gemeinschaftlich für außerordentliche Stärke.

Hauptverfechter dieser Theorie ist seit längerem eine Forschergruppe um Kellar Autumn vom Lewis & Clark College in Oregon. Autumn und verschiedene Kollegen schlossen bereits aus, dass etwa kleine Saugnäpfe oder feste chemische Bindungen zwischen Geckofuß und Oberfläche vermitteln. Unwiderlegbar, da kaum zu überprüfen, war jedoch seit mehr als 30 Jahren eine alternative Theorie: Danach wären statt Van-der-Waals-Kräften die Kapillarkräfte des Wassers an der Kontaktfläche die Grundlage der Gecko-Haftung.

Ein fächerübergreifendes Team aus Biologen um Autumn sowie Ingenieuren und Mathematikern unterzogen nun beide Theorien einem endgültigen Test. Sie machten sich dabei die physikalischen Unterschiede zwischen Van-der-Waals-Kräften und der auf Adhäsion beruhenden Wasser-Kapillarkraft zunutze: Van-der-Waals-Bindungen wirken, anders als Wasser-Kapillarkräfte, unabhängig von verschiedenen Oberflächenmaterialien - entscheidend sind nur Form und Geometrie der Haftflächen, um einen optimalen engen Kontakt der Oberflächenmoleküle zu gewährleisten.

Nach dem Vorbild der Natur und umfangreichen Modell-Berechungen bastelten Ingenieure um Ronald Fearing von der University of California nun verschiedene künstliche Hafthärchen - aus jeweils unterschiedlichen Materialien. Eine anspruchsvolle Aufgabe, bedenkt man die aufgefächerte Struktur von Gecko-Setae und Spatulae. Letztlich hafteten jedoch alle Härchenmodelle ebenso gut an den Oberflächen wie die echten Setae eines Geckofußes. "Nach diesen Versuchen", so Autumn, "können wir nun endlich auch die 30 Jahre alte Theorie der Wasseradhäsion widerlegen." Weil unterschiedliche Materialien der trockenen Testhärchen keinen Einfluss auf ihre Hafteigenschaften hätten, so die Forscher, könnten nicht Kapillarkräfte, sondern allein Van-der-Waals-Kräfte für die Bindung verantwortlich sein.

Mit den Experimenten ist nach Ansicht der Wissenschaftler damit auch endgültig der erste Schritt zur technischen Anwendung dieser Erkenntnisse gelungen: "Unser künstliches Fuß-Härchen-Modell öffnet Tür und Tor um trockene, selbstreinigende Klebstoffe zu entwickeln", meint Autumn: Synthetische Gecko-Klebstoffe, die materialunabhängig unter Wasser genauso wirksam wären wie im Vakuum.

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