Die Arbeitsgruppe Bionik am Institut für Biologie II der RWTH Aachen erforscht die Oberflächenstruktur von texanischen Krötenechsen. Die texanische Krötenechse hat eine besondere Fähigkeit: Um ihren Durst zu stillen, muss sie keine Wasserstelle aufsuchen, sondern sie kann Flüssigkeit über die Haut aufnehmen. Mit Kapillarkanälen zwischen ihren Schuppen sammelt sie kleinste Wassermengen aus der Umgebung, beispielsweise aus feuchtem Sand. Feine Kapillarkanäle transportieren anschließend das Wasser zum Maul.
Foto: Institut für Biologie II (Zoologie)
Die Arbeitsgruppe Bionik am Institut für Biologie II der RWTH Aachen hat die Geometrie dieser Kanäle auf der Haut feuchtigkeitserntender Echsen untersucht und erfolgreich auf Kunststoff- und Metalloberflächen übertragen. Die neuartigen Oberflächenstrukturen ermöglichen es, Flüssigkeiten passiv und energieneutral in eine Richtung zu transportieren – sogar entgegen der Schwerkraft.
„Die Kapillaren bilden ein Netzwerk und werden zum Maul hin enger und besitzen eine gezielte Verschaltung“, erläutert Diplom-Biologe Philipp Comanns, der über das Thema promoviert. „Unsere Untersuchungen haben gezeigt, dass das Phänomen auf zwei Prinzipien beruht. Das ist einmal die periodisch und asymmetrisch wechselnde Form der Kapillaren, die sich zusammenziehen und wieder weiten, und zum anderen die Verschaltung zwischen den Kapillarkanälen“, so Comanns.
Die Wissenschaftler untersuchten die Haut konservierter Echsen, die das Zoologische Forschungsmuseum Alexander Koenig in Bonn zur Verfügung stellte. Sie entwickelten ein theoretisches Modell, wie sich Flüssigkeiten in solchen Kapillaren verhalten, und einen technischen Prototypen, der der Natur so nahe wie möglich kommt. Dazu laserten sie sägezahn-förmige Kapillarstrukturen in Kunststoffplatten. „Nach diesem Modell geschaffene künstliche Oberflächen verhindern den Flüssigkeitsfluss in eine Richtung, während sie ihn in die andere aufrechterhalten, selbst wenn ein geringer Gegendruck erzeugt wird“, erklärt Comanns. „Sie verhalten sich für die Flüssigkeit wie Dioden.“
Da der passive, gerichtete Transport von Flüssigkeiten oder Schmiermitteln bei vielen technischen Prozessen erforderlich ist, sieht Comanns für die technische Anwendung ein breites Spektrum von Möglichkeiten. Dazu gehören beispielsweise der Bereich der Mikrofluidik, bei medizinischen Anwendungen, Destillerien oder E-Ink-Displays. „Mit der Methode können technische Prozesse verbessert und Ressourcen geschont werden“, sagt Philipp Comanns. „Der nächste Schritt wird sein, das Prinzip für spezifische Produktgruppen weiterzuentwickeln.“
Die Arbeit über den Wassertransport bei der Texanischen Krötenechse wurde in der Augustausgabe des Journal of the Royal Society Interface veröffentlicht.
http://rsif.royalsocietypublishing.org/content/12/109/20150415
Kontakt: Dipl.-Biol. Philipp Comanns
Email: philipp.comanns@rwth-aachen.de
Tel: +49 (0)241 80-26554
www.bionik.rwth-aachen.de