Klebstoff mit Ausschalter

Wissenschaftler an der Universität von Sheffield in Großbritannien arbeiten an einem Klebstoff, der sich mit einem externen "Ausschalter" versehen lässt. Dazu wird eine Lösung verwendet, die den Kleber umgibt. Verändert sich deren Säuregrad, lässt auch die Haftkraft nach. Verwendet werden dazu zwei verschiedene Polymere, die sich je nach umgebendem Säuregrad unterschiedlich stark anziehen. Im Versuch ließ sich die Haftung zwischen zwei Oberflächen so insgesamt fünf Mal an- und wieder ausschalten.

Der Sheffielder Forscher Mark Geoghegan ist allerdings nicht der einzige, der an solchen wiederverwendbaren Klebstoffen arbeitet – andere Wissenschaftler testen beispielsweise an Verfahren, die sich an der Haftkraft natürlicher Lebewesen wie Geckos oder Pfahlmuscheln orientieren. All diese Ansätze erinnern an ein Klebeband: Sie benötigen Druck, um an einer Oberfläche zu haften, und eine gegenläufige Kraft, um sie wieder abzuziehen. Interessanter sind da schon Klebstoffe, deren Haftkraft sich mit Hitze oder Elektrizität an- und ausschalten lässt, wie Manoj Chaudhury, Professor für Chemieingenieurwesen an der Lehigh University, erläutert. Die Idee mit der Verwendung des Säuregrades sei allerdings neu.

Die Studie zeige erstmals, dass der pH-Wert einer Flüssigkeit zur Umkehr der Hafteigenschaften eines Materials genutzt werden könne: "Ich halte dies für eine hervorragende Idee", meint Chaudhury.

Der neue Klebstoff besteht aus zwei Teilen. Der eine besteht aus einer 20 Nanometer dicken Schicht aus einem alkalischen Polymer, das auf einem Silizium-Substrat sitzt. Der andere besteht aus einem sauren Hydrogel, einem Netzwerk aus Polymer-Ketten, die in Wasser verteilt sind. Die Enden der alkalischen Polymer-Ketten sind so am Silizium-Substrat befestigt, dass das Material ähnlich wie die Borsten einer Bürste hervorsticht, erläutert Geoghegan.

Wird das Material nun in eine leicht saure Lösung getaucht, ziehen sich das gegenläufig geladene Polymer und das Hydrogel an und bilden eine starke Wasserstoffverbindung. Wird der Säuregrad auf den pH-Wert 1 angehoben, was etwa dem Bereich von Batteriesäure entspricht, verliert das Polymer seine Ladung und die Wasserstoffverbindungen brechen. Die beiden Oberflächen lassen sich voneinander ablösen.

Interessante Anwendungsgebiete für die Technologie gibt es unter anderem in der Medizin, etwa im Bereich der Wundversorgung, meint Costantino Creton, Experte für Polymer-Kleber an der Hochschule für Industriephysik und Chemie in Paris. Man könnte den Klebstoff etwa auf eine Wunde aufbringen, bis sie geheilt ist und dann den behandelten Bereich in eine Lösung mit dem richtigen pH-Wert tauchen, um ihn zu entfernen. Für eine echte medizinische Nutzung müsste die Technologie aber tatsächlich schon bei höheren, also weniger sauren pH-Werten funktionieren.

Geoghegan stellt sich noch andere Anwendungsformen vor – etwa bei der Anlieferung von Medikamenten. Der Klebstoff könnte dann zusammen mit einem Wirkstoff zu einer Pille geformt werden. Da sowohl der Magen als auch der Darm ein unterschiedliches Säureniveau besitzen, ließe sich ein System entwickeln, das seine heilende Fracht in jedes der beiden Organe verteilen könnte.

Um die Klebestärke zu testen, legte das Forscherteam zwei verschiedene Kräfte an die Geloberfläche an, um die Flächen zusammenzupressen. Bei mehr Druck hielten die Flächen besser und benötigten mehr Zeit zur Trennung – drei Tage im Vergleich zu sieben Stunden. Geoghegan sieht hier einen Klettverschlusseffekt am Werk, bei dem die Polymer-"Bürste" das Hydrogel durchdringt. Dies soll nun auf molekularer Ebene überprüft werden.

Experte Creton sieht noch das Problem der langsamen Ablösegeschwindigkeit. Für die Wundversorgung seien auch Stunden noch zu lange. Die Forscher müssten den Kleber also noch schneller ablösbar machen. (bsc)