Wie Gecko & Co die Materialforschung inspirieren

Mit unbeschränkter Haftung

Der Tokee (Gekko gecko) Bild vergrößern
Der Tokee (Gekko gecko)

Bei Reisen in südliche Gefilde kann einen mitunter ein unheimliches Rufen aus dem Schlaf reißen. Wer an Gespenster glaubt, der sei beruhigt: Bei Licht betrachtet entpuppt sich das tropische Nachtgespenst nämlich als Gecko, der an der Zimmerdecke klebt. Vielleicht jagt er gerade Insekten, die sich dort ebenfalls problemlos bewegen. Warum es Geckos, Insekten und Spinnen so gut gelingt, kopfüber an der Decke zu spazieren, dieses Geheimnis weckt schon länger die Neugier der Forscher. Vor allem fasziniert sie, dass die Tiere die beeindruckende Haftkraft ihrer Füße auch blitzschnell wieder aufheben können, um davon zu flitzen.

Welche Möglichkeiten kommen in Frage, um das zu bewerkstelligen? Winzige Saugnäpfe scheiden aus, denn sie würden auf dem rauen und staubigen Putz niemals randdicht aufsetzen und haften bleiben. Echte chemische Kleber bräuchten dagegen Zeit zum Aushärten, und danach bekäme das arme Tier kein Bein mehr hoch. Gegen feine Häkchen spricht, dass die Haftartisten sogar auf glattem Glas Halt finden. Also müssen sie andere Tricks einsetzen. Welche, das erforschen Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Metallforschung in Stuttgart. Sie wollen nicht nur das Geheimnis von Gecko, Fliege und Spinne knacken, sondern mit diesem Wissen auch neue, künstliche Haftmaterialen entwickeln. Sie sollen, wie der Geckofuß, ohne Kleber haften und ohne Kleberückstände wieder ablösbar sein. Dieses technische Nachahmen der Natur nennt man Biomimetik oder Bionik. Erste, schon recht gut funktionierende Prototypen einer solchen Haftfolie existieren bereits am Institut und sollen mit einem industriellen Partner weiterentwickelt und auf den Markt gebracht werden.

Das Forschungsgebiet ist hochgradig interdisziplinär – neben Physikern, Materialwissenschaftlern und Ingenieuren arbeiten natürlich auch Biologen mit: Stanislav Gorb beschäftigt sich schon lange mit den Haftkünstlern unter den Insekten, Spinnen und Geckos. Mehrere Jahre war er am Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie in Tübingen tätig. Er und seine Mitarbeiter können in faszinierenden Bildern zeigen, wie es unter den Füßen der Haftzeher – so heißt die Familie der Gekkonidae vom Lateinischen ins Deutsche übersetzt – genau aussieht. Sehr gut eignet sich der Tokee (Gekko gecko), denn diese orange-rot gepunktete Echse aus Südostasien gehört zu den größten Geckos. Ein kapitales Männchen kann fast vierzig Zentimeter lang und dreihundert Gramm schwer werden. Und selbst ein solches Schwergewicht hangelt sich noch problemlos an der Unterseite einer waagerechten Glasscheibe entlang. In der Natur ist das eine hafttechnische Meisterleistung.

Elektronenmikroskopische Aufnahme der Setae (oben) und Spatulae (unten) des Tokee. Bild vergrößern
Elektronenmikroskopische Aufnahme der Setae (oben) und Spatulae (unten) des Tokee.

Das normale Auge erkennt unter den stark verbreiterten Zehen des Tokee flauschige Lamellenstrukturen. Im Lichtmikroskop entpuppen sie sich als Felder aus dichten, feinen Haaren. Jedes Haar, der wissenschaftliche Fachbegriff ist „Seta“, ist ein zehntel Millimeter lang und nur ein fünftel Mikrometer dick und damit zehnmal feiner als ein menschliches Haar. Das stärkere Elektronenmikroskop zeigt nun, dass jede Seta sich an ihrer Spitze in Hunderte winziger, spatenförmiger Blättchen aufspaltet, die Spatulae (lat.: Schäufelchen). Jede dieser Spatulae ist nur noch rund zweihundert Nanometer breit (ein Nanometer ist ein milliardstel Meter), ihre „Dicke“ sprengt jedoch erst recht unser Vorstellungsvermögen: Sie beträgt nur noch zehn bis fünfzehn Nanometer. In diesen engen Raum passen gerade noch fünf oder sechs Keratin-Moleküle nebeneinander. Diese Proteine sind nicht nur die Bausteine der Gecko-Hafthaare, sondern geben auch unseren Nägeln und Haaren die Festigkeit. Keratin ist eigentlich ziemlich zäh, doch die unglaublich feine Verästelung macht die fiedrigen Setae und Spatulae extrem anschmiegsam. So können sie sich an mikroskopisch, ja sogar nanoskopisch feine Rauheiten des Untergrunds anpassen. Und das ist eines der Geheimnisse hinter der Haftkraft des Geckos.

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