Vorsicht, Rutschgefahr!

Neues aus der Forschung

Meldung vom 24.09.2013

Freiburger Forschungsteam entwickelt künstliche Oberflächen, auf denen Insekten nicht anhaften können


140322-083401_medium.jpg
 
Dieser Kartoffelkäfer findet einfach keinen Halt!
Foto: Plant Biomechanics Group Freiburg
B. Prüm, R. Seidel, H.F. Bohn, S. Rubach & T. Speck. 2013. Microscopical surface roughness: a relevant factor for slipperiness of plant surfaces with cuticular folds and their replica. Acta Biomaterialia, 9: 6360 – 6368.

Käfer, Kakerlaken und Ameisen werden es in Zukunft schwer haben, wenn sie sich in Häusern oder Klimaanlagen einnisten wollen – dank der unbegehbaren Oberflächen, die die Freiburger Biologen Prof. Dr. Thomas Speck, Dr. Bettina Prüm und Dr. Holger Bohn zusammen mit der Plant Biomechanics Group der Albert-Ludwigs-Universität nach pflanzlichen Vorbildern entwickeln. Das Team untersuchte Oberflächen von Pflanzenblättern, um herauszufinden, wie sich Zellform und Mikrostruktur sowie die Oberflächenchemie auf das Haftverhalten von Insekten auswirken.

Die Forscherinnen und 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. 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 Thomas 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.

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.

Die biologische Grundlagenforschung zu den Anti-Haftoberflächen wird zukünftig am Freiburger Zentrum für interaktive Werkstoffe und bioinspirierte Technologien (FIT) angesiedelt. Dort werden die Forscher auch die Materialentwicklung bis hin zum Prototyp vorantreiben. „Die künstlichen Oberflächen wollen wir mit den Kolleginnen und Kollegen vom FIT zudem schaltbar machen, sodass diese sich zum Beispiel dehnen oder schrumpfen und so an verschiedene Insektengruppen und deren Haarstruktur angepasst werden können“, erläutert der Projektleiter.


Diese Newsmeldung wurde erstellt mit Materialien von idw-online


News der letzten 7 Tage

www.biologie-seite.de 14 Meldungen

Meldung vom 26.06.2019

Kein Platz für Wölfe

Wölfe lösen beim Menschen gleichermaßen Angst und Faszination aus. Das Raubtier wird bei Nutztierhaltern, J ...

Meldung vom 25.06.2019

Studie: Spinat-Extrakt führt zu Leistungssteigerungen im Sport

Ein Extrakt aus Spinat kann einer internationalen Studie unter Beteiligung der Freien Universität Berlin zufo ...

Meldung vom 25.06.2019

Forscher der Humboldt-Universität entschlüsseln, wie Blütenpflanzen ihren Stoffwechsel drosseln

Artikel im Wissenschaftsjournal eLife erschienen.

Meldung vom 25.06.2019

Upcycling in Symbiose: Von „minderwertigen“ Substanzen zu Biomasse

Forschende entdecken den ersten bekannten schwefeloxidierenden Symbionten, der rein heterotroph lebt.

Meldung vom 25.06.2019

Nicht nur der Wind zeigt den Weg

Wenn der südafrikanische Dungkäfer seine Dungkugel vor sich her rollt, muss er den Weg möglichst präzise k ...

Meldung vom 25.06.2019

Rätsel um Ursprung der europäischen Kartoffel gelöst

Woher stammt die europäische Kartoffel? Pflanzen, die im 19. Jahrhundert auf einer Expedition des britischen ...

Meldung vom 24.06.2019

Molekulare Schere stabilisiert das Zell-Zytoskelett

Forschende des Paul Scherrer Instituts PSI in Villigen haben erstmals die Struktur wichtiger Enzyme in menschl ...

Meldung vom 24.06.2019

Solarium für Hühner - Wie sich der Vitamin-D-Gehalt von Eiern erhöhen lässt

Viele Menschen leiden unter einem Vitamin-D-Mangel. Das kann brüchige Knochen und ein erhöhtes Risiko für A ...

Meldung vom 21.06.2019

Genom der Weisstanne entschlüsselt: Baumart für den Wald der Zukunft

Die Weisstanne ist eine wichtige Baumart im Hinblick auf den Klimawandel. Um sie besser erforschen zu können, ...

Meldung vom 21.06.2019

Künstliche Intelligenz lernt Nervenzellen am Aussehen zu erkennen

st es möglich, das Gehirn zu verstehen? Noch ist die Wissenschaft weit von einer Antwort auf diese Frage entf ...

Meldung vom 21.06.2019

Pilz produziert hochwirksames Tensid

Forschungsteam der Friedrich-Schiller-Universität Jena entdeckt im Bodenpilz Mortierella alpina eine bisher u ...

Meldung vom 20.06.2019

Zufall oder Masterplan

Gemeinsame Pressemitteilung der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel und des Max-Planck-Instituts für Ev ...

Meldung vom 20.06.2019

Systeme stabil halten

Sowohl die Natur als auch die Technik sind auf integrierende Feedback-Mechanismen angewiesen. Sie sorgen dafü ...

Meldung vom 19.06.2019

Wie sich Bakterien gegen Plasmabehandlung schützen

Angesichts von immer mehr Bakterien, die gegen Antibiotika resistent werden, setzt die Medizin unter anderem a ...


21.05.2019
Namenlose Fliegen
03.05.2019
Eine Frage der Zeit
24.04.2019
Kraftwerk ohne DNA

06.03.2019
Bindung mit Folgen
16.01.2019
Plötzlich gealtert

19.12.2018
Baum der Schrecken
07.11.2018
Plastik im Fisch
28.09.2018
Gestresste Pflanzen

13.08.2018
Wie Vögel lernen

15.06.2018
Primaten in Gefahr
24.05.2018
Störche im Aufwind
24.09.2013
Kenne Deinen Fisch!
24.09.2013
Leben ohne Altern
24.09.2013
Lebensraum Käse
24.09.2013
Domino im Urwald
24.09.2013
Trend-Hobby Imker
24.09.2013
Wie Bienen riechen

Newsletter

Neues aus der Forschung