Wissenschaftler entwickeln Oberflächen, die auf Befehl kleben
Von der EU finanzierte Forscher haben ein Oberflächenpaar entwickelt, das auf Befehl zusammenkleben und sich trennen kann. Obwohl die Natur sogenannte schaltbar adhäsive Systeme immer wieder erschaffen hat (Eidechsen und Insekten setzen sie beispielsweise ein, um Wände hochzuklettern), ist die Nachbildung im Labor eher schwierig. In ihrem Artikel für die Zeitschrift Angewandte Chemie erklären die britischen und deutschen Wissenschaftler, wie sie ein solches System entwickelt haben, bei dem die Klebrigkeit der Oberflächen durch eine Veränderung des pH-Werts (Säuregrad) der Umgebungslösung reguliert wird. Eine Oberfläche besteht aus einer gelförmigen Polysäure, einem dreidimensionalen Polymer, das viele Säuregruppen enthält und sich mit Flüssigkeit so vollsaugt, dass eine feste, gallertartige Masse entsteht. Die andere Oberfläche ist ein Silizium-Chip, auf den eine Polybase aufgepfropft wurde. Diese Polybase besteht aus Polymerketten, die bürstenartig von der Unterlage abstehen. In Gegensatz zum sauren Gel besitzt diese Polymerbürste viele basische Gruppen. In Wasser oder leicht saurer Lösung sind die sauren Gruppen positiv, die basischen Gruppen der Bürste negativ geladen, was dazu führt, dass sie sich gegenseitig anziehen und aneinander kleben. Weitere Haftfähigkeit entsteht in Form von Wasserstoffbrückenbindungen, die sich zwischen den beiden Oberflächen bilden. Doch wenn die Lösung nun stärker angesäuert wird (mit einem pH-Wert von etwa 1), lösen sich die Wasserstoffbindungen und die basischen Gruppen verlieren ihre Ladung. Als Folge kleben die beiden Oberflächen nicht mehr aneinander und können vorsichtig ohne eine Beschädigung voneinander gelöst werden. Dieses Lösen der Haftung ist reversibel: Wird der pH-Wert wieder erhöht, die Lösung also wieder weniger sauer gemacht, haften Gel und "Bürste" wieder aneinander. Der Zyklus kann viele Male wiederholt werden. "Durch Veränderung des pH-Werts der Umgebung können wir in situ kontrollieren, ob das Gel an der gepfropften Schicht haftet oder ob es sich davon löst", schreiben die Forscher. "Solche Kontrollen über die Adhäsion könnten bei Aktuatoren, Mikrofluiden, Transportern für pharmakologische Wirkstoffe, Körperpflegeprodukten oder sogar bei der Erforschung biologischer Materialen eingesetzt werden." Die Forschungsarbeit wurde über das Marie-Curie-Ausbildungsnetz PolyFilm finanziert.
Länder
Deutschland, Vereinigtes Königreich