Tropfen-Katapult nach Art der Pilze

Aufgesprühte Wassertropfen könnten zur Selbstreinigung beliebiger Oberflächen genutzt werden
Tropfen-Katapult: Zwei Tropfen verschmelzen auf einem Plastikkügelchen, um danach gemeinsam von der Oberfläche wegzufliegen.
Tropfen-Katapult: Zwei Tropfen verschmelzen auf einem Plastikkügelchen, um danach gemeinsam von der Oberfläche wegzufliegen.
© Roger L. Chavez / Duke University
Durham (USA) - Einige Pilzarten nutzen einen überraschenden Katapult-Effekt, um ihre Sporen mit Wassertropfen in der Umgebung zu verteilen. Den Effekt dieser sogenannten Ballistosporen untersuchten kanadische und amerikanische Forscher nun genauer und konnten ihn mit kleinen Kunststoffkügelchen nachstellen. Wie sie in der Fachzeitschrift „Applied Physics Letters“ berichten, ließe sich der Katapult-Effekt zur Selbstreinigung beliebiger Oberflächen nutzen. Komplexe Mikrostrukturen, die bisher Wasser von einer Oberfläche abstoßen und sich selbst reinigen, wären damit nicht mehr nötig.

„Der Katapult-Effekt wird von intern generierter Energie angetrieben“, sagt Chuan-Hua Chen von der Duke University in Durham. Um den Vorgang mit einer Kamera festhalten zu können, verteilte Chen zusammen mit seinen Kollegen nur einige Millionstel Meter kleine Kügelchen aus dem Kunststoff Polystyrol auf einer Unterlage. Mit der Düse eines Tintenstrahldruckers spritzten sie jeweils zwei winzige Wassertropfen auf ein Kügelchen. Die zwei Tropfen verschmolzen miteinander und setzten dabei genug Energie frei, um zusammen mit dem Kügelchen wie bei einem Katapultstart von der Oberfläche wegzufliegen.

Um diesen Effekt im Detail zu verstehen, führten die Wissenschaftler zusätzlich zum Experiment einige Computersimulationen durch. Dabei erkannten sie, dass beim Verschmelzen der Tropfen die Oberflächenspannung insgesamt abnahm. Die dabei frei werdende Energie reichte aus, um das Trägheitsmoment von Tropfen und Mikrokügelchen zu überwinden. Die Folge: Tropfen und Kügelchen sprangen selbstständig von der Oberfläche hoch.

„Weder die Kügelchen noch die Oberfläche hatten bei unseren Experimenten superhydrophobe, wasserabstoßende Eigenschaften“, sagt Chen. Daher schlägt er vor, diesen Effekt für eine selbstständige Reinigung von beliebigen Oberflächen zu nutzen. Aufgesprühte Wassertropfen würden dabei auf Staubpartikel treffen und sich mit ihnen gemeinsam von der Oberfläche katapultieren. Zudem wäre es vorstellbar, diesen Katapult-Effekt zu optimieren, um die Bewegung von Mikropartikeln etwa in Analyse-Geräten gezielt zu steuern.

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