Kleben nach Gecko-Vorbild

Geckos haben Klebestreifen eines voraus: Selbst nach wiederholtem Kontakt mit Schmutz und Staub kleben ihre Füße noch einwandfrei an glatten Flächen. Ein internationales Forscherteam hat nun den ersten Klebestreifen entwickelt, der nicht nur genauso haftsicher ist wie ein Geckofuß, sondern auch über einen vergleichbaren Selbstreinigungsmechanismus verfügt. Damit ließen sich beispielsweise Lebensmittelverpackungen oder Verbände mehrfach öffnen und sicher wieder verschließen. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler im Fachmagazin „Interface“.

Geckos ziehen ihre Zehen bei jedem Schritt ein Stück weit über den Untergrund. Durch den seitwärtsgerichteten Reibkontakt streifen sie dabei größere Schmutzpartikel ab. Kleinere Partikel lagern sich zwischen den feinen Härchen auf der Fußsohle und in darunter liegenden Hautfalten ein. Die Forscher haben im Experiment nachgewiesen, dass diese zwei Mechanismen 95 Prozent der Selbstreinigung ausmachen. „Für den Effekt entscheidend ist das Verhältnis von Partikelgröße zum Durchmesser der Härchen“, sagt Koautor Hendrik Hölscher vom Karlsruher Institut für Technologie.

Nahaufnahme einiger Mikrohärchen, die wie Nägel aus einer Fläche ragen. Zahlreiche, feine Staubkügelchen liegen in Haufen auf den tellerartigen Oberflächen dieser „Nägel". Das rechts unten eingefügte, kleinere Bild zeigt den Zustand nach der Reibung: Die Oberflächen der Mikrohärchen erscheinen blank und gereinigt, die Staubkügelchen haben sich in den Zwischenräumen verteilt.
Mikrohärchen nach Vorbild des Geckos

Dieses Prinzip übertrugen die Forscher auf ihren Klebestreifen: Um die Schritte des Geckos zu simulieren, pressten sie einen mit elastischen Mikrohärchen besetzten künstlichen Klebestreifen auf eine Platte, verschoben diesen seitwärts und hoben den Streifen wieder an. Mikrometergroße Glaskügelchen übernahmen in ihrem Experiment die Rolle der Schmutzpartikel. Diesen Prozess wiederholten sie mehrfach und testeten jeweils die Klebestärke. Lag der Durchmesser der Partikel über dem der Mikrohärchen, verschwand die Haftkraft nach dem ersten Kontakt – wie bei gewöhnlichem Klebeband. Doch nach nur acht bis zehn simulierten Schritten erreichte der neuartige Klebestreifen wieder 80 bis 100 Prozent seiner ursprünglichen Haftkraft.

Unterschritt die Kugelgröße den Durchmesser der Mikrohärchen, konnten die Forscher dagegen nur ein Drittel der ursprünglichen Haftkraft wiederherstellen. Daher sollten die elastischen Härchen möglichst kleiner ausfallen als die meisten Schmutzpartikel – im Nanometerbereich wäre das beispielsweise gewährleistet. Die Hautfalten des Geckos haben die Wissenschaftler bereits als breite Furchen zwischen den engen Haarreihen abgebildet. Sie bieten genügend Platz, um Feinstäube einzulagern. „Längerfristig gedacht, könnte sich hieraus eine günstige Alternative zu Klettverschlüssen entwickeln,“ so Hölscher. „Mögliche Einsatzgebiete wären Sport, Medizin, die Automobilindustrie oder die Raumfahrt“, ergänzt Koautor Metin Sitti von der Carnegie Mellon University in Pittsburgh. Tests mit tatsächlichen Schmutzpartikeln verschiedener Formen und Größen sowie aus unterschiedlichen Materialien sollen nun folgen.