Ein Labor am Max-Planck-Institut für Polymerforschung in Mainz. Konzentriert verteilt Aránzazu del Campo mit einem Metallspatel eine Flüssigkeit auf einem dünnen Glasträger. Nach wenigen Augenblicken verändert sich die Konsistenz der Substanz.
"Sie sehen hier: Weil ich den pH geändert habe, wird es fester und klebt an dem Substrat."
Nachdem sich ein zäher Film gebildet hat, greift die Chemikerin zu einer UV-Lampe.
"Wenn ich jetzt aber diese Lampe nehme, darauf tue und einfach gut bestrahle, sehen Sie wieder: das Ganze wird wieder ablösbarer, wird wieder flüssiger."
Ein Klebstoff, der sich nach dem Aushärten einfach wieder entfernen lässt – durch Bestrahlung mit Licht. Und neben dieser ungewöhnlichen Eigenschaft besitzt das Material noch zwei weitere Merkmale, die es einzigartig machen: Es klebt auch unter Wasser und ist selbstheilend, kann also Risse von alleine wieder verschließen. Interesse an solchen Klebstoffen gibt es vor allem in der Medizin, sagt die gebürtige Spanierin.
"Klebstoffe in der Chirurgie, was man nur temporär braucht oder auch Gele auf der Haut, was man nur temporär braucht, was Sie dann nachher entfernen müssen."
Inspiration für den Klebstoff haben sich die Mainzer Polymerforscher in der Natur geholt. Miesmuscheln verfügen über einen robusten, fest anhaftenden Kleber, der sie selbst in der tosenden Brandung dauerhaft mit allen Arten von Oberflächen verbindet – mit Felsen genauso wie mit Holzpfosten oder Schiffsrümpfen aus Metall.
"Die Muschel sondert eine Mischung von Kollagen und die sogenannten Klebstoffproteine ab. Die bilden Faden. Die sind ja zu sehen an den Muscheln, wenn Sie sie im Geschäft sehen. Und die kleben auf der einen Seite an den Muschel, und auf der anderen Seite sind sie an den Felsen fest."
Die biologische Verbindung Kollagen bildet hier die Trägersubstanz. Für die Klebwirkung ist der Naturstoff DOPA verantwortlich, dessen Moleküle entlang der Kollagenstränge verteilt sitzen. Kommen die DOPA-Einheiten mit einem Vernetzungsmittel in Kontakt, etwa mit im Meerwasser gelösten Eisensalzen, dann verknüpfen sie sich miteinander zu einem dichten Netzwerk – und gleichzeitig verbinden sie sich auch mit dem Untergrund. Wenn Risse entstehen, können die gelösten Eisensalze das ausgleichen.
"Die können in den Klebstoff hinein diffundieren sozusagen, die für die selbstheilenden Eigenschaften des Klebstoffes dann wirken."
Denn sie sorgen wieder für neue Verknüpfungen innerhalb des Netzwerkes. Dieses Prinzip hat Aránzazu del Campo übertragen auf ein Material, das sich im Labor herstellen lässt. Anstelle der fadenförmigen Kollagenmoleküle verwendet sie ein synthetisches Molekül mit vier Armen. Am Ende jedes Armes hängt wie eine kleine Hand das Klebstoffmolekül – in diesem Fall nicht DOPA selbst, sondern eine stickstoffhaltige Variante, das Nitro-Dopamin. Dieses Molekül hat eine Sollbruchstelle eingebaut. Unter intensivem ultraviolettem Licht, nicht jedoch unter Tageslicht, spaltet es sich vom Trägermaterial ab – und das Molekülnetzwerk zerfällt wieder.
"Das heißt, der Klebstoff behält die ganzen Eigenschaften von Muschelklebstoff, hat aber zusätzlich eine weitere Eigenschaft, er ist reversibel. Sie können mit Licht den Klebstoff dann ablösen."
Bisher habe man immer nur die Fähigkeiten des Muschelklebers auf synthetische Substanzen übertragen, ergänzt die Chemikerin. Mit diesem Material habe man nun erstmals die Eigenschaften des natürlichen Vorbildes gezielt erweitert.
"Sie sehen hier: Weil ich den pH geändert habe, wird es fester und klebt an dem Substrat."
Nachdem sich ein zäher Film gebildet hat, greift die Chemikerin zu einer UV-Lampe.
"Wenn ich jetzt aber diese Lampe nehme, darauf tue und einfach gut bestrahle, sehen Sie wieder: das Ganze wird wieder ablösbarer, wird wieder flüssiger."
Ein Klebstoff, der sich nach dem Aushärten einfach wieder entfernen lässt – durch Bestrahlung mit Licht. Und neben dieser ungewöhnlichen Eigenschaft besitzt das Material noch zwei weitere Merkmale, die es einzigartig machen: Es klebt auch unter Wasser und ist selbstheilend, kann also Risse von alleine wieder verschließen. Interesse an solchen Klebstoffen gibt es vor allem in der Medizin, sagt die gebürtige Spanierin.
"Klebstoffe in der Chirurgie, was man nur temporär braucht oder auch Gele auf der Haut, was man nur temporär braucht, was Sie dann nachher entfernen müssen."
Inspiration für den Klebstoff haben sich die Mainzer Polymerforscher in der Natur geholt. Miesmuscheln verfügen über einen robusten, fest anhaftenden Kleber, der sie selbst in der tosenden Brandung dauerhaft mit allen Arten von Oberflächen verbindet – mit Felsen genauso wie mit Holzpfosten oder Schiffsrümpfen aus Metall.
"Die Muschel sondert eine Mischung von Kollagen und die sogenannten Klebstoffproteine ab. Die bilden Faden. Die sind ja zu sehen an den Muscheln, wenn Sie sie im Geschäft sehen. Und die kleben auf der einen Seite an den Muschel, und auf der anderen Seite sind sie an den Felsen fest."
Die biologische Verbindung Kollagen bildet hier die Trägersubstanz. Für die Klebwirkung ist der Naturstoff DOPA verantwortlich, dessen Moleküle entlang der Kollagenstränge verteilt sitzen. Kommen die DOPA-Einheiten mit einem Vernetzungsmittel in Kontakt, etwa mit im Meerwasser gelösten Eisensalzen, dann verknüpfen sie sich miteinander zu einem dichten Netzwerk – und gleichzeitig verbinden sie sich auch mit dem Untergrund. Wenn Risse entstehen, können die gelösten Eisensalze das ausgleichen.
"Die können in den Klebstoff hinein diffundieren sozusagen, die für die selbstheilenden Eigenschaften des Klebstoffes dann wirken."
Denn sie sorgen wieder für neue Verknüpfungen innerhalb des Netzwerkes. Dieses Prinzip hat Aránzazu del Campo übertragen auf ein Material, das sich im Labor herstellen lässt. Anstelle der fadenförmigen Kollagenmoleküle verwendet sie ein synthetisches Molekül mit vier Armen. Am Ende jedes Armes hängt wie eine kleine Hand das Klebstoffmolekül – in diesem Fall nicht DOPA selbst, sondern eine stickstoffhaltige Variante, das Nitro-Dopamin. Dieses Molekül hat eine Sollbruchstelle eingebaut. Unter intensivem ultraviolettem Licht, nicht jedoch unter Tageslicht, spaltet es sich vom Trägermaterial ab – und das Molekülnetzwerk zerfällt wieder.
"Das heißt, der Klebstoff behält die ganzen Eigenschaften von Muschelklebstoff, hat aber zusätzlich eine weitere Eigenschaft, er ist reversibel. Sie können mit Licht den Klebstoff dann ablösen."
Bisher habe man immer nur die Fähigkeiten des Muschelklebers auf synthetische Substanzen übertragen, ergänzt die Chemikerin. Mit diesem Material habe man nun erstmals die Eigenschaften des natürlichen Vorbildes gezielt erweitert.