Vergleichende Funktionsanalyse adhäsiver Lokomotions- und Beutefangstrukturen: Insekten als Ideengeber für die Entwicklung mikrostrukturierter und flüssigkeitsvermittelter bionischer Haftsysteme
Final Report Abstract
In dem Vorhaben wurden gemeinsam mit weiteren Gruppen aus dem Verbund Haftsekrete von Insekten analysiert, aufgrund der Ergebnisse Komponenten für die Präparation biomimetischer Analoga der Haftsekrete ausgewählt und daraus entsprechende Emulsionen präpariert und charakterisiert. Es konnte erstmals gezeigt werden, dass Proteine wichtige Komponenten in den Haftsekreten der untersuchten Organismen sind. Abgeleitet davon wurden verschiedene kommerziell verfügbare Proteine, Kohlenwasserstoffgemische, Tenside und Wasser als Komponenten für Emulsionen ausgewählt, die dann als biomimetische Klebstoffe nach dem Vorbild der Insekten geprüft wurden. Aufgrund der Zusammensetzung wurde postuliert, dass es sich bei den Sekreten um Emulsionen handeln muss und es wurde ebenfalls postuliert, dass diese eine Fließgrenze aufweisen sollen, um ein Abgleiten des Insekts von einer senkrechten Fläche zu verhindern. Entsprechende Emulsionen wurden präpariert und vor allem mittels Rheologie, Lichtstreuung (Tropfengrößenverteilung) und der Klebeigenschaften charakterisiert. Für letzteres wurden Klebebänder mit den biomimetischen Haftsekreten präpariert, wobei strukturierte Trägerfolien (Geckotape mit äußerer Struktur und Poly(ethylen)-Schaum mit innerer Struktur) ausgewählt wurden, da auch die Tarsen eine innere und äußere Strukturierung aufweisen und nicht mit den glatten Folien vergleichbar sind wie sie von technischen Klebebändern bekannt sind. Im Vergleich zu den reinen Komponenten zeigten die Emulsionen eine höhere Scherfestigkeit (charakteristisch für das Abgleiten von einer Oberfläche) und auch höhere Schälfestigkeit (charakteristisch für das Abheben des Insektenfußes). Bei den vielen technischen Klebstoffen sind diese Eigenschaften üblicherweise antikorreliert. Obwohl ein synergistischer Zusammenhang aufgefunden wurde, sind die erhaltenen Eigenschaften weit von einer Anwendbarkeit entfernt, sind aber ein Beitrag um die natürlichen Haftmechanismen weiter aufzuklären. Die Emulsionen wurden dann auch in der kooperierenden AG Betz weiter untersucht.
Publications
- Ins. Mol. Biol. 2016. First protein and peptide characterization of the tarsal adhesive secretions in the desert locust, Schistocerca gregaria, and the Madagascar hissing cockroach, Gromphadorhina portentosa
O. Betz, A. Maurer, A.N. Verheyden, C. Schmitt, T. Kowalik, J. Braun, I. Grunwald, A. Hartwig, M. Neuenfeldt
(See online at https://doi.org/10.1111/imb.12241)
