Der ideale Klebstoff für Hydrogele kommt aus dem Baumarkt

22. Juni 2017, 10:46
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Verdünnter Sekundenkleber eignet sich Linzer Forschern zufolge bestens für die Verbindung von Hydrogelen

Linz – Hydrogele ähneln menschlichem Gewebe und gelten als vielversprechende Materialien für weiche Roboter oder biomedizinische Anwendungen. Forscher der Universität Linz haben nun im Fachjournal "Science Advances" einen neuen Klebstoff vorgestellt, der die Verarbeitung dieser Materialklasse in Zukunft deutlich vereinfachen soll. Die wichtigste Zutat: herkömmlicher Sekundenkleber.

Wie alle Polymere bestehen auch Hydrogele aus dreidimensionalen, verworrenen Netzwerken langer Molekülketten. Da diese Ketten zumindest teilweise hydrophil, also Wasser anziehend sind, quellen sie in Wasser auf und erhalten so eine Konsistenz, die starke Ähnlichkeit zu biologischen Substanzen wie etwa Muskeln oder Hirnmasse haben. Das macht sie einerseits interessant für medizinische Anwendungen, aber auch für die Biomimetik, die biologische Systeme als Inspirationsquelle für die Entwicklung neuartiger Maschinen nutzt.

Ein Problem, das die Entwicklung solcher Geräte bisher erschwert, sind die Verbindung untereinander oder zu anderen Materialien. Sollen etwa zwei Hydrogele miteinander verklebt werden, sollte die Klebstelle genauso dehnbar und flexibel sein wie das Material selbst. Andererseits ist es, ähnlich den Verbindungen zwischen weichem Gewebe und starren Knochen, mitunter auch nötig, Materialien mit völlig unterschiedlichen Härten zu verbinden.

Günstige Dispersion

"Bisherige Methoden erforderten eine aufwendige Vorbereitung der Klebeflächen und es konnte Stunden dauern, bis die Verbindung fertig war", sagte Koautor Martin Kaltenbrunner. Im Gegensatz dazu erfordere die neue Methode wenig bis gar keine Vorbereitung, verbinde unterschiedliche Materialien und erreiche die volle Klebkraft in weniger als einer Minute – und das mit einem Klebstoff, der naheliegender kaum sein könnte: "Im Grunde handelt es sich um verdünnten Sekundenkleber aus dem Baumarkt", so Kaltenbrunner.

Cyanacrylat, so die chemische Bezeichnung für die Substanz, härtet in Sekundenschnelle aus, sobald sie mit Wasser beziehungsweise einer feuchten Oberflächen in Berührung kommt – an sich ideal für die Verarbeitung von Hydrogelen. Allerdings bildet es dabei in der Regel eine harte Schicht, was seine Anwendbarkeit stark einschränkt. Indem sie Cyanacrylat im Verhältnis 1:15 verdünnten, konnten die Linzer Forscher dieses Problem jedoch lösen. Entscheidend dabei war, den Klebstoff nicht aufzulösen, sondern ein Nicht-Lösemittel zur Herstellung einer Dispersion zu verwenden.

Dadurch bilden sich winzige Klebstofftröpfchen in der Flüssigkeit, die beim Verkleben in das Material eindringen. "So verbinden sich die Molekülketten des Klebers verstärkt mit denen des Hydrogels und weniger untereinander", sagte Kaltenbrunner. "Das verhindert das Ausbilden einer starren, brüchigen Schicht während des Aushärtens." Darüber hinaus, so der Forscher, sei die Klebestelle stärker als die verwendeten Hydrogele selbst. (APA, 22.6.2017)

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