Smarte selbstklebende Faser ahmt Spider-Mans Fäden nach

Im Film schwingt sich Spider-Man mit Leichtigkeit durch Hochhausschluchten – denn die Fäden, die er aus seinem Handgelenk schießt, sind gleichzeitig superstark und superklebrig. Ein chinesisches Forscherteam hat dieses Comic-Material nun in die Realität übersetzt.

Die 3 Chemiker der Donghua University in Shanghai entwickelten eine Mikrofaser, die bei trockenen Bedingungen stark und robust ist. Gerät sie in Kontakt mit Wasser, wird sie sofort selbstklebend. Das Forschungspapier zu diesem neuartigen Material erschien kürzlich in der Fachzeitschrift CCS Chemistry.

Steif und selbstklebend

Natürliche Spinnenseide funktioniert so ähnlich, um fliegende Insekten einfangen zu können. Diese Eigenschaften synthetisch nachzubauen, gilt allerdings als große Herausforderung.

Denn damit ein Polymer möglichst steif ist, müssen die Molekülketten möglichst wenig beweglich sein. Damit ein Polymer gut durchnässt werden kann und gut an anderen Materialien haftet, sind allerdings möglichst bewegliche Molekülketten nötig. Die meisten heute verfügbaren Fasern auf Polymerbasis seien deshalb entweder steif oder selbstklebend, so die Forscher.

Haftet an Glas, Holz und Metall

Das Forschungsteam um Masterstudent Liu Zhen hat dieses Problem durch eine hierarchische Struktur gelöst. Das Copolymer besteht aus Molekülen, die für Festigkeit sorgen, sowie hygroskopischen, d. h. feuchtigkeitsbindenden, Verbindungen. Durch Hitzebehandlung wird die Faser stabil genug, dass sie sich nicht im Wasser auflöst.

In Experimenten mit Glaskugeln, Zündhölzern, Stahlkügelchen, Pflanzenblättern und anderen Objekten überprüften die Forscher die Haftung ihrer Faser. Demnach ist der Klebeeffekt universell.

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Sie stellten eine weitere Besonderheit des neuartigen Materials fest: Die Selbsthaftung ist reversibel. Sobald die Faser austrocknet, erhält sie ihre Festigkeitseigenschaften zurück, bei erneutem Kontakt mit Wasser verlor sie nicht an Haftungskraft.

Transparent, verknotbar, reißfest

Die Mikrofaser der chinesischen Forscher ist – ähnlich ihrem natürlichen Vorbild ­– annähernd transparent. Sie hat eine durchgehend glatte Oberfläche, sodass man sie verknoten oder verdrehen kann, ohne dass sie reißt. 

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Je nachdem, wie schnell man das Material durch die Spinndüse drückt, wird sie dünner oder dicker. Möglich sind 30 bis 170 Mikrometer, was etwa der Dicke einer handelsüblichen Klarsichtfolie bzw. mittlerem Nähgarn entspricht.

Anwendung in der Mikrorobotik

Als Anwendungsgebiet ist die Robotik denkbar. Vor allem flexible Mikroroboter könnten laut den Forschern von den besonderen Eigenschaften des neuartigen Materials profitieren.

Dass die Faser durch Wasserkontakt – und nicht etwa durch Temperaturänderung oder Elektrizität – seine Eigenschaften ändert, macht sie besonders vielfältig einsetzbar. Außerdem sei diese Methode besonders energieeffizient, wie das Forschungsteam anmerkt.