Gewebe und Gele: Kleben mit Nanopartikeln

Paris (Frankreich) - Hydrogele sind von weichen Kontaktlinsen bekannt. Aber auch Mediziner setzen auf diese wasserhaltigen Verbindungen – die etwa bei Verbrennungswunden oder Knorpelschäden die natürliche Regeneration unterstützen können. Die meisten Hydrogele sind jedoch relativ rutschig und bleiben nicht aneinander kleben. Die Verbindung verschiedener Stücke, eventuell noch aus unterschiedlichen Hydrogelen, erfordert deshalb teilweise schwierige chemische Prozesse. Zwar gibt es auch spezielle selbstklebende Hydrogele, doch ist der Umgang mit ihnen in vielen Fällen problematisch, vor allem wenn man punktgenaues Kleben angestrebt. Nun jedoch haben französische Wissenschaftler eine sehr einfache Methode entwickelt, mit Hilfe von Nanoteilchen Hydrogele miteinander zu verkleben. Ihre Ergebnisse präsentieren sie im Fachblatt „Nature“.

„Die Vorstellung, mit Nanopartikeln zu kleben, mag zunächst paradox klingen“, berichtet Séverine Rose von der Université Pierre et Marie Curie in Paris. „Vor allem wenn man bedenkt, dass das Einstäuben mit Nanopartikeln wie etwa Talkum üblicherweise dazu dient, die Haftung zu verringern.“ Andere Forschungsgruppen hatten aber schon untersucht, wie sich die Haftkräfte steigern lassen, wenn die Wechselwirkungen zwischen dem Gel und den Nanoteilchen passend eingestellt sind.

Die Forscher untersuchten deshalb verschiedene und unterschiedlich große Nanoteilchen, die sie in Flüssigkeit lösten. Bei Nanosilica, nur wenige millionstel Meter großen Kügelchen aus Siliziumdioxid, reichte es aus, die Verbindungsstelle mit wenigen Tropfen zu beträufeln und anschließend beide Hydrogele einige Sekunden aufeinander zu drücken. Die Verbindung hielten anschließend auch starkem Zug stand. Bei einem Material war der Klebeffekt sogar stärker als das Gel selbst, so dass sich bei hohen Zugkräften nur außerhalb der Klebstelle Risse bildeten. Die Nanoteilchen sorgten für die feste Haftung, indem sie zu beiden Hydrogelen eine starke Oberflächenbindung aufbauten und dadurch als Verbindungsglied zwischen den Gelen wirkten. Ohne die Nanoteilchen hielt die Verbindung nicht einmal dem eigenen Gewicht stand, auch wenn die Forscher zwei dünne Stücke lange Zeit und fest aufeinander drückten.

Für medizinische Anwendungen besonders interessant ist jedoch die Tatsache, dass sich nicht nur Hydrogele, sondern auch organische Gewebe mit Nanoteilchen verkleben lassen. Denn die Forscher testeten ihr Verfahren auch an einem Stück Kalbsleber, das sie mit einem Skalpell in zwei Teile geschnitten und nicht weiter behandelt hatten. Nach Beträufeln mit der Lösung drückten sie beide Hälften eine halbe Minute lang aufeinander und beide Hälften hielten fest zusammen.