Tropfenkatapult für saubere Oberflächen

Einige Pilzarten nutzen einen überraschenden Katapulteffekt, um ihre Sporen mit Wassertropfen in der Umgebung zu verteilen. Den Effekt dieser sogenannten Ballistosporen untersuchten nun Forscher genauer und konnten ihn mit kleinen Kunststoffkügelchen nachstellen. Wie sie in der Fachzeitschrift „Applied Physics Letters“ berichten, ließe sich der Katapulteffekt zur Selbstreinigung beliebiger Oberflächen nutzen. Komplexe Mikrostrukturen, die bisher Wasser von einer Oberfläche abstoßen und sich selbst reinigen, wären damit nicht mehr nötig.

Sechs Schwarz-Weiß-Aufnahmen in zeitlicher Abfolge, wie zwei Tropfen mit einem Plastikkügelchen verschmelzen und dann davon weggeschleudert werden.
Tropfenkatapult

„Der Katapulteffekt wird von intern generierter Energie angetrieben“, sagt Chuan-Hua Chen von der Duke University in Durham in den USA. Um dieses mit einer Kamera festhalten zu können, verteilte Chen zusammen mit seinen Kollegen nur einige millionstel Meter kleine Kügelchen aus dem Kunststoff Polystyrol auf einer Unterlage. Mit der Düse eines Tintenstrahldruckers spritzten sie jeweils zwei winzige Wassertropfen auf ein Kügelchen. Die zwei Tropfen verschmolzen miteinander und setzten dabei genug Energie frei, um zusammen mit dem Kügelchen wie bei einem Katapultstart von der Oberfläche wegzufliegen.

Um diesen Effekt im Detail zu verstehen, führten die Wissenschaftler zusätzlich zum Experiment einige Computersimulationen durch. Dabei erkannten sie, dass beim Verschmelzen der Tropfen die Oberflächenspannung insgesamt abnahm. Die dabei frei werdende Energie reichte aus, um das Trägheitsmoment von Tropfen und Mikrokügelchen zu überwinden. Die Folge: Tropfen und Kügelchen sprangen selbstständig von der Oberfläche hoch.

„Weder die Kügelchen noch die Oberfläche hatten bei unseren Experimenten superhydrophobe, Wasser abstoßende Eigenschaften“, sagt Chen. Daher kann er sich nun vorstellen, diesen Effekt für eine selbstständige Reinigung von beliebigen Oberflächen zu nutzen. Jedoch erscheinen klassische Reinigungsverfahren sehr viel einfacher. Interessanter wäre es, diesen Katapulteffekt zu optimieren, um die Bewegung von Mikropartikeln etwa in Analysegeräten gezielt zu steuern.