Nahezu perfekte Anti-Haft-Oberfläche lässt Insekten abrutschen

24. September 2013, 13:56
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Freiburger Forscher entwickeln Material, das Insektenbeinen keinen Halt gibt

Pflanzenblätter haben die Inspiration für eine neuartige "unbegehbare" Materialoberfläche geliefert, die Insekten keinen Halt lässt. Freiburger Biologen um Thomas Speck untersuchten die pflanzlichen Vorbilder, um herauszufinden, wie sich Zellform und Mikrostruktur sowie die Oberflächenchemie auf das Haftverhalten von Insekten auswirken. Das Ergebnis ist eine nahezu perfekte Anti-Haft-Oberfläche.

Die Forscher stellten Laufhaftkraft-Experimente mit Kartoffelkäfern auf unterschiedlich strukturierten Pflanzenoberflächen sowie auf Nachbildungen aus Kunstharzen an. Mit einem hochsensiblen Sensor maß das Team die Kraft, die der Käfer beim Laufen auf verschiedenen Oberflächen aufbringt. Das Ergebnis: Wellige oder stark gewölbte Zellen können die Haftfähigkeit von Käfern verstärken, während Mikrostrukturen aus Wachskristallen oder Kutikularfalten diese verringern. Letztere sind kleine Falten in der Kutikula, einer polyesterähnlichen Schutzschicht auf der Blattaußenhaut.

Rutschiger als Glas

Am schlechtesten liefen die Käfer auf Oberflächen mit Kutitkularfalten, die etwa 0,5 Mikrometer hoch und breit und in einem Abstand zwischen 0,5 und 1,5 Mikrometern angeordnet waren. "Das ist die perfekte Anti-Haftoberfläche. Hier rutschen die Insekten viel stärker ab als auf Glas", sagt Projektleiter Speck. Durch die Kutikularfalten verkleinert sich die Kontaktfläche der an den Käferbeinen befindlichen Hafthaare mit der Pflanzenoberfläche. Anders als bei gröber strukturierten Oberflächen kann sich der Käfer nicht mit seinen Klauen in den Kutikularfalten verankern. Die Mikrostruktur der Oberfläche hat demnach eine größere Auswirkung auf das Anhaften der Käfer als die Zellform.

Das Team untersuchte zudem durch Kontaktwinkelmessungen die Benetzbarkeit der verschiedenen Oberflächen. Die Forscher verwendeten wasserabweisende und wasserliebende künstliche Abformungen der mikrostrukturierten Pflanzenoberflächen, um den Einfluss der Oberflächenchemie auf die Oberflächenbenetzbarkeit und das Laufverhalten der Käfer zu untersuchen. Kutikularfalten, ähnlich wie Wachskristalle, weisen Wasser sehr gut ab. Im Gegensatz zur Benetzbarkeit, die sowohl von der Mikrostruktur als auch von der Chemie der Oberfläche abhängt, wird das Laufverhalten der Käfer von der Oberflächenchemie nicht beeinflusst. Das bedeutet, dass die Laufhaftkraft nur von der physikalischen Mikrostruktur der Oberfläche abhängt.

Nützliche Beschichtung für Klimaanlagen und Hauswände

Die Ergebnisse haben Speck und sein Team in der aktuellen Ausgabe des Wissenschaftsjournals "Acta Biomaterialia" veröffentlicht. Die unbegehbaren Oberflächen könnten zukünftig Belüftungsrohre von Klimaanlagen auskleiden, in denen sich Kakerlaken und andere Insekten tummeln. Ebenso könnten die Oberflächen an Hausfassaden und Fenstersimsen angebracht werden, um zu verhindern, dass überwiegend laufende Schadinsektenarten eindringen und an Nahrungsmittel und Medikamente gehen. "Gerade in den Tropen ist dieser Aspekt besonders wichtig", sagt Speck. (red, derStandard.at, 24.9.2013)

  • Auf der speziellen Oberfläche haben sich die Versuch-Kartoffelkäfer erfolglos abgemüht, einen sicheren Stand zu finden.
    foto: plant biomechanics group freiburg

    Auf der speziellen Oberfläche haben sich die Versuch-Kartoffelkäfer erfolglos abgemüht, einen sicheren Stand zu finden.

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