Die Biomimetik versucht, Problemlösungen aus der Natur technisch umzusetzen. In einem mit drei Millionen Euro geförderten EU-Projekt unter der Leitung der Universität Linz nehmen sich Wissenschafter aus verschiedenen Disziplinen nun Spinnen zum Vorbild. Sie wollen die Nanostrukturen an den Beinen der Tiere nachahmen, die ihnen den Umgang mit klebrigen Nanofasern ermöglichen.
Nanofasern sind moderne Werkstoffe mit einer Vielzahl potenzieller Anwendungen. Bisher kommen sie vor allem zur Herstellung besonders feiner Luftfilter zum Einsatz. Sie lassen sich jedoch auch zu Membranen für Brennstoffzellen oder medizinische Filter für Allergene verarbeiten. Allerdings ist ihre Handhabung mit einem grundlegenden Problem verbunden: Sie bleiben an praktisch jeder Oberfläche kleben. Klassische Verarbeitungsmethoden aus der Textilindustrie wie etwa ein simples Aufwickeln auf eine Spule werden dadurch unmöglich.
"Je dünner eine Faser ist, desto dominanter werden die Van-der-Waals-Kräfte, die sie an andere Objekte binden", erklärt Johannes Heitz vom Institut für Angewandte Physik der Universität Linz gegenüber der APA. "Das sind die selben Kräfte, die es auch Geckos ermöglichen, glatte Wände hochzulaufen."
Cribellate Spinnen
Im EU-Projekt "BioCombs4Nanofibers", das Heitz gemeinsam mit Werner Baumgartner, dem Leiter des Instituts für Medizin- und Biomechatronik der Universität Linz koordiniert, lassen sich die Forscher nun von den wahren Experten im Umgang mit Nanofasern inspirieren: cribellate Spinnen. Im Gegensatz zu ecribellaten Spinnen, die für den Beutefang Tröpfchen mit Klebstoff auf ihre Fäden aufbringen, umwickeln die cribellaten Spinnen ihre Fangfäden mit einer Wolle aus Nanofasern, die aufgrund der Van-der-Waals-Kräfte von sich aus klebt. Dass die Tiere nicht selber an der Nanowolle kleben bleiben, dürfte nach Ansicht der Forscher an einer abweisenden Nanostruktur auf den Kämmen ihrer Hinterbeine liegen, mit den denen sie die Nanowolle bearbeiten. "Diese Strukturen wollen wir im aktuellen Projekt auf technische Oberflächen übertragen", sagt Heitz.
Ebenfalls an dem Projekt beteiligt ist die Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, die in Zusammenarbeit mit dem Institut für Medizin- und Biomechatronik den Anti-Haft-Effekt der Spinnenbeine entdeckt und bereits als Hypothese publiziert hat. Nun sollen Experimente mit künstlich hergestellten Nanostrukturen die Ergebnisse untermauern.
Dafür wurden in einem ersten Schritt an der Universität Linz mithilfe hochauflösender, optischer 3D-Druckverfahren einzelne Strukturen für prinzipielle Untersuchungen erzeugt. "Die ersten Experimente sind vielversprechend", sagt Heitz. Für die Strukturierung größerer Flächen, die letztendlich auch in der Industrie angewendet werden sollen, wollen die Forscher die Oberflächen dagegen mit intensivem Laserlicht bearbeiten.
