Forscher bringen künstliche Haut zum Schwitzen

Dünner Flüssigkeitsfilm erneuert sich selbstständig – Anwendung für autarke Schmierung, bessere Schutzschichten und Selbstheilung von Werkstoffen
Schwitzender Kunststoff unter dem Mikroskop: Aus diesen Blasen dringt selbstständig Silikonöl an die Oberfläche.
Schwitzender Kunststoff unter dem Mikroskop: Aus diesen Blasen dringt selbstständig Silikonöl an die Oberfläche.
© Jiaxi Cui et al.; Nature Materials, Harvard University
Cambridge (USA) - Mit einem hauchdünnen Schweißfilm hält die Haut unseren Körper selbst bei großer Hitze zuverlässig kühl. Die Schutzfunktion einer flüssigen Schicht konnten nun amerikanische Forscher auf einen flexiblen Kunststoff übertragen. Wie sie in der Fachzeitschrift „Nature Materials“ berichten, bildete sich ein Ölfilm auf der Oberfläche, gespeist aus kleinen, im Kunststoff eingelagerten Speicherblasen wie von selbst. Dieses „Schwitzen“ könnte in Zukunft zur Schmierung von Werkstoffen oder für den Aufbau von Antifouling-Schichten genutzt werden.

„Fast jedes lebende Gewebe vermag Flüssigkeiten abzusondern, um eine Wundheilung zu beschleunigen, Feinde abzuschrecken oder die Temperatur zu kontrollieren“, schreiben Jiaxi Cui und seine Kollegen von der Harvard University in Cambridge. Diese Fähigkeit eines funktionellen Schwitzens übertrugen sie nun auf einen gelartigen Kunststoff aus Harnstoff und einem flüssigen Silikonöl, Polydimethylsiloxan. Während der Fertigung vernetzte sich ein Teil der Silikonöl-Moleküle und bildete einen flexiblen Körper. In diesem entstanden zugleich zahlreiche bis zu 15 millionstel Meter kleine Blasen, in denen das Silikonöl flüssig blieb.

Über einen Diffusionsprozess legte sich auf der Oberfläche des Kunststoffs ein hauchdünner, mit dem bloßen Auge kaum sichtbarer Film aus dem Silikonöl. Wurde dieser abgewischt, setzten die eingeschlossenen Blasen kleine Ölmengen frei, die sich selbstständig auf der Oberfläche verteilten. In ihren Versuchen konnten Cui und Kollegen diese Selbsterneuerung des dünnen Ölfilms über 60 Mal wiederholen. Danach waren die Ölblasen im Kunststoff weitestgehend geleert.

Doch dieses bionische Schwitzen stabiliserte nicht nur den hauchdünnen Ölfilm. Analog zur menschlichen Haut förderte der Prozess auch die Selbstheilung des Kunststoffs. So verschloss sich ein 20 Mikrometer breiter Messerschnitt im Material bei Raumtemperatur nach drei Tagen nahezu vollständig. Ohne eingeschlossene Blasen verlief eine Selbstheilung viel langsamer über zwei Wochen und hinterließ zudem noch eine gut sichtbare Narbe.

Dieses Experiment zeigt, wie effizient sich weiche Kunststoffe mit eingeschlossenen Flüssigkeitskammern selbst reparieren und einen dünnen Ölfilm auf der Oberfläche stetig erneuern können. Sollte es gelingen, diese Eigenschaft auch auf andere Substanzen zu übertragen, locken zahlreiche Anwendungen. Die Forscher denken dabei an sich selbst schmierende, mechanische Bauteile, an medizinische Implantate oder an Oberflächen, auf der etwa das Wachstum von Schimmel durch eine Antifouling-Schicht dauerhaft unterbunden werden könnte.

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