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Hydrogele: Selbstheilende Materialien auch unter Wasser

Miesmuschel mit Byssusfäden

Auf chemische Art selbstheilende Materialien eignen sich für viele Einsatzzwecke; etwa für die Beschichtung von medizinische Implantaten. Dabei ist ihr Einsatz in wässrigen Milieus – also etwa auch dem Inneren des Körpers, in bestimmter Hinsicht noch problematisch. Denn viele selbstheilende Materialien sind Hydrogele, die dem Prinzip von Muschelklebfäden nachempfunden sind: Sie verknüpfen Dihydroxybenzol-Moleküle über geladene Metallen, um Schadstellen und Verletzungen der Oberflächen zu kitten. Das klappt schon recht gut, meist aber nicht im Wasser, also etwa auch im Körper. Ein neuer Kniff von Forschern aus Kalifornien soll dieses Problem nun aber beheben.

Miesmuschel mit Byssusfäden
Miesmuschel mit Byssusfäden | Miesmuscheln verankern sich mit Byssusfäden an festen Oberflächen. Die chemisch-quervernetzte Struktur der Fäden wird zum Vorbild der Ingenieure: Die Fäden sind enorm wiederstandsfähig und bis zu einem bestimmten Grad selbstheilend.

Kernstück der verbesserten Hydrogelvarianten ist dabei der Verzicht auf die bisher notwendigen Metallionen zur Quervernetzung. Stattdessen setzten die Forscher auf synthetisches Polyacrylat und Polymethacrylat, die sich quervernetzen, sobald sie durch Wasserstoffbrückenbindung zwischen Dihydroxybenzol in die richtige Position gebracht werden. Dieser Prozess – und damit die Selbstheilung der Oberflächen – funktioniert im wässrigen Milieu sogar besser. Im Moment ist der Mechanismus zwar nur mit ganz speziell maßgeschneiderten chemischen Oberflächen durchführbar – das Potenzial für allerlei Spezialanwendungen sei aber enorm, freut sich Studienautor Jacob Israelachvili.

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