Haarige Haftung: Gecko-Füße kleben millionenfach

Für ihre rutschfesten Füße sind Geckos berühmt: Schon im vierten Jahrhundert vor Christus staunte Aristoteles über die Echsen, die dank einer verblüffenden Haftfähigkeit der Schwerkraft zu trotzen scheinen. Mit einer einzigen Zehe können sie ihr gesamtes Gewicht halten, und auch ein Spurt über glatte Glasfenster - egal in welche Richtung - bereitet ihnen keinerlei Probleme.

Jetzt wollen US-Forscher endlich hinter die letzten Klebegeheimnisse des Kletterkünstlers gekommen sein. Die Ergebnisse, die das interdisziplinäre Team um den Biologen Kellar Autumn vom Lewis and Clark College in Portland in der aktuellen Ausgabe der "Proceedings of the National Academy of Sciences" präsentiert, könnten zur Entwicklung eines neuartigen, trockenen Superklebers führen.

Die Fähigkeit, selbst auf poliertem Glas Halt zu finden, verdanken Geckos Millionen von feinen Härchen auf ihren Zehen. Jede Haarspitze spaltet sich wiederum in tausend noch kleinere Enden, die so genannten Spatulae. Wie Autumn und seine Kollegen bereits vor zwei Jahren in einer "Nature"-Studie zeigen konnten, haften die winzigen, nur 200 Nanometer großen Polster vermutlich dank schwacher intermolekularer Kräfte an einer Oberfläche.

Diese Van-der-Waals-Kräfte wirken zwischen Atomen oder Molekülen, wenn diese sich sehr nahe kommen. Normalerweise ist die Anziehung, die durch unsymmetrisch verteilte Elektronen in der Atomhülle entsteht, äußerst gering. Wenn aber größere Flächen eng genug aufeinander liegen, kann es zu einem starken Klebeeffekt kommen. Die früheren Experimente der Forscher deuteten darauf hin, dass am Geckofuß genau dieses Phänomen auftritt, wobei die Feinstruktur aus Härchen und Polstern die Kontaktfläche extrem erhöht.

Allerdings konnten die Wissenschaftler bislang eine andere Möglichkeit, nämlich die Anziehung durch hydrophile, mittels Wasser wirkende Kräfte, nicht völlig ausschließen. Mit weiteren Versuchen ist ihnen das nun gelungen: "Unsere neuen Daten zeigen ein für alle Mal, wie die Geckos kleben", sagt Autumn. "Die Ergebnisse liefern den ersten experimentellen Beweis dafür, dass definitiv Van-der-Waals-Kräfte die Haftung bewirken."

Ihre Hypothese hatten die Forscher an der südasiatischen Spezies Gekko gecko überprüft, die auch als Tokee bekannt ist. Die Wissenschaftler bestimmten die Haftung zwischen einer einzelnen Zehe und zwei in ihren physikalischen Eigenschaften vergleichbaren Oberflächen, von denen jedoch die eine wasserabweisend und die andere wasseranziehend war. Die Geckozehen und auch einzeln getestete Fußhärchen blieben an beiden gleichermaßen kleben - ein Hinweis darauf, dass tatsächlich Van-der-Waals-Kräfte am Wirken sind.

Bei einer Haftung auf Basis von Van-der-Waals-Kräften, so nahmen die Wissenschaftler weiter an, sollte hauptsächlich die Form der Gecko-Fußhärchen entscheidend sein, aber kaum ihre Oberflächenchemie. Das Team baute die Haarspitzen daher anhand eines vereinfachten mathematischen Modells aus zwei verschiedenen Materialien nach. Die weniger komplexen Nanostrukturen aus Polyester und Silikongummi klebten tatsächlich ähnlich wie die echten Härchen. Darin sehen die Forscher eine weitere Bestätigung für ihre These.

Zugleich weisen diese Prototypen den Weg zu neuartigen Klebebändern mit vielen vorteilhaften Eigenschaften, glaubt das Team, das bei seinen Studien von der US-Militärforschungsbehörde Darpa unterstützt wird. "Wir brauchen die Natur nicht exakt nachzubilden", sagt Autumn. "Ausgehend von grundlegenden Prinzipien lassen sich ähnliche Klebflächen schaffen, indem man eine Oberfläche in kleine Erhebungen unterteilt."

Ein vom Gecko inspiriertes Klebeband wäre trocken und könnte, wie die Forscher hoffen, die Fähigkeit zur Selbstreinigung besitzen, welche auch die haftenden Fußflächen der Tiere auszeichnet. Die nachgebildete Echsenhaut ließe sich "unter Wasser und im Vakuum" einsetzen, schwärmt Autumn. Damit käme für den künstlichen Gecko-Kleber auch ein besonders zukunftsträchtiges Anwendungsgebiet in Frage: der Weltraum.

Martin Paetsch