Stromstoß löst Haftkraft: Smarter catecholhaltiger Unterwasserklebstoff
Bisher war es unmöglich die Hafteigenschaften von Klebstoffen unter Wasser wie auf Knopfdruck ein- und auszuschalten – beispielsweise zur Montage von Sensoren. Einen ersten Erfolg auf diesem Gebiet konnten jetzt Wissenschaftler der Michigan Technological University (Michigan Tech) erzielen.
Den Wissenschaftlern gelang es in einem Experiment, die Haftkraft eines catecholhaltigen Unterwasserklebstoffs mit Hilfe eines elektrischen Stromstoßes zu lösen.
Die Forschergruppe um Dr. Bruce P. Lee (Professor Abteilung für biomedizinische Technik) an der Michigan Tech arbeitete bereits vorher an intelligenten Klebstoffsystemen. Ihr bisheriger Ansatz: Die Adhäsion mit Hilfe des pH-Werts steuern. Zuletzt stellten sie die Hypothese auf, dass sich die Eigenschaften eines Klebstoffs auch mit Elektrizität beeinflussen ließen und entwarfen einen Testaufbau, um ihre Annahme zu überprüfen.
Unterwasser-Smart-Hydrogel-Prototyp
Für den Versuch nutzten die Wissenschaftler eine Titankugel und eine Platindrahtelektrode, um den Klebstoff, der in Gegenwart von Salzwasser mit der Kugel in Kontakt stand, elektrisch zu stimulieren. Beim genutzten Klebstoff handelt es sich um einen von der Natur inspirierten Unterwasser-Smart-Hydrogel-Prototypen der Brenzcatechin, kurz Catechol, beinhaltet.
„Wir haben die Titankugel mit dem Klebstoff in Kontakt gebracht, Strom angelegt und dann die Oberfläche zurückgezogen. Wie bereits angenommen hat sich der Klebstoff gelöst. Die Kraft, die erforderlich ist, um Titan vom Klebstoff zu lösen wurde dabei über eine auf der Kugel angebrachte Messzelle gemessen. Anschließend haben wir die aufgezeichneten Haftkraftwerte, mit und ohne Anwendung von Elektrizität, miteinander verglichen“, so Dr. Bruce P. Lee. Bei einer Spannung von neun Volt verlor der Klebstoff bereits bei sieben Sekunden seine Haftkraft. Weitere Erkenntnis: Der zunächst weiße Klebstoff färbte sich durch den Strom und die Oxidation rot.
Nutzen für zukünftige Anwendungen
Aktuell erforscht das Team um Dr. Lee, ob sich der Prozess wieder umkehren lässt, also die Adhäsion mit Hilfe von Elektrizität reaktiviert werden könnte. Im Erfolgsfall soll der Klebstoff zukünftig bei wiederholter Verwendung jederzeit mit Hilfe von Elektrizität de- und reaktivierbar sein und der Farbwechsel von weiß zu rot als ein zusätzlicher Indikator für die Haftkraft dienen. Sollte es den Wissenschaftler gelingen, könnte der Klebstoff beispielsweise zur Montage von Sensoren unter Wasser genutzt werden. Eine weitere Option wären auch biomedizinische Anwendungen, wie schmerzlos entfernbare Wundverbände.
Die Studie wurde veröffentlicht in Journal of the American Chemical Society, 2020, 142, 10.