Licht als Fernsteuerung Intelligentes Haftmaterial transportiert Mikroobjekte

Das neue Kompositmaterial besteht aus zwei Stoffen: Einem klebenden Material (blau) und einem elastischen Kunststoff LCE (Liquid crystal elastomer) (gelb). LCE ist aus Azobenzolmolekülen aufgebaut, die sich – und damit das ganze Material – biegen, sobald sie mit UV-Licht bestrahlt werden. Durch das Biegen lösen sich die Haftelemente wieder vom Objekt.
Das neue Kompositmaterial besteht aus zwei Stoffen: Einem klebenden Material (blau) und einem elastischen Kunststoff LCE (Liquid crystal elastomer) (gelb). LCE ist aus Azobenzolmolekülen aufgebaut, die sich – und damit das ganze Material – biegen, sobald sie mit UV-Licht bestrahlt werden. Durch das Biegen lösen sich die Haftelemente wieder vom Objekt.

Geckos nutzen Haftmechanismen, um kopfüber an der Decke zu laufen. Einem Forscherteam an der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel ist es jetzt gelungen, diese Mechanismen künstlich nachzubauen. Die Erkenntnisse könnten interessant sein für Anwendungen in der Robotik, Industrie und Medizintechnik.

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Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

Forscher können intelligentes Haftmaterial mit Licht fernsteuern.

Das Haftmaterial lässt sich über UV-Licht fernsteuern. So ist es möglich, Objekte präzise im Mikrobereich zu transportieren.

Zunächst entwickelten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler ein elastisches, poröses Material (LCE, Liquid crystal elastomer), das sich aufgrund seiner speziellen Molekülstruktur biegt, sobald es mit UV-Licht bestrahlt wird. Dabei ist ihnen aufgefallen, dass das Material sich umso mehr biegt, je poröser es ist. »Poröse Materialen lassen sich aufgrund ihrer Struktur sehr leicht mit anderen verbinden«, erklärt Emre Kizilkan aus der Arbeitsgruppe Funktionelle Morphologie und Biomechanik um Professor Stanislav Gorb vom Zoologischen Institut. »Also testeten wir, was passiert, wenn wir das elastische Material, das sehr gut auf Licht reagiert, mit einem bioinspirierten Material kombinieren, das sehr gut klebt.«

Das Ergebnis ist ein intelligentes, haftendes Kompositmaterial, das über Licht kontrolliert werden kann. Die Oberfläche besteht aus einer Mikrostruktur aus pilzkopfförmigen Haftelementen, wie sie sich auch an den Füßen einiger Käferarten befindet. Flache oder dreidimensionale Elemente wie kleine Objektträger oder Kugeln aus Glas haften daran an und lassen sich damit anheben. Wird das Kompositmaterial mit UV-Licht bestrahlt, biegt es sich. Dadurchlösen sich mehr und mehr Haftelemente vom Objekt bis es schließlich wieder abgesetzt werden kann.

»Mit unserem neuen Material sind wir in der Lage, mithilfe von Licht den Transport von Objekten auf Mikroebene sehr präzise zu steuern«, erklärt Kizilkan. Gorb ergänzt: »Wir nutzen das Licht quasi als Fernsteuerung. Außerdem hinterlässt unser bioinspiriertes Klebematerial keine Rückstände auf den Objekten.«

Deshalb ist die Entdeckung besonders interessant für den Bau von empfindlichen Sensoren oder winzigen Computerchips. Langfristig möchten die Wissenschaftler das Material nutzen, um Mikroroboter zu entwickeln, die sich durch Licht gesteuert fortbewegen und an Wänden hochklettern können.

Das Forschungsprojekt ist Teil des Sonderforschungsbereich 677 „Funktion durch Schalten“ an der CAU, in dem 100 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Chemie, Physik, Materialwissenschaften, Pharmazie und Medizin fächerübergreifend daran arbeiten, schaltbare molekulare Maschinen zu entwickeln, die zum Beispiel durch Licht gesteuert werden können.