A24 Nicht klebende Oberflächen

Thema

Viele Oberflächen, sowohl natürliche als auch künstliche, sind so optimiert, dass sie genau das Gegenteil dessen bewirken, was die Haftborsten von Insekten anstreben: Anstatt den Kontakt zu erleichtern, sind diese nicht-klebenden Oberflächen so gestaltet, dass sie das Insekt abstoßen und dessen Anhaften verhindern.

Eine der häufigsten Strategien dieser nicht-klebenden Oberflächen ist eine superhydrophobe, lotusartige Textur, die den Anteil der tatsächlich verfügbaren Kontaktfläche für die Borsten drastisch reduziert: Anstatt auf einer durchgehenden Oberfläche zu ruhen, berühren die Haftborsten des Insekts nur die Spitzen der Mikrostrukturen der Oberfläche, und die Haftung, die sie erreichen, verringert sich proportional zur Verringerung dieses Anteils der tatsächlichen Kontaktfläche.

Dieselbe Verringerung des Kontaktflächenanteils bestimmt den scheinbaren Kontaktwinkel, den das Wasser auf der Oberfläche bildet, wie in der Cassie-Baxter-Gleichung beschrieben: Sobald dieser Winkel 150 Grad überschreitet, benetzt das Wasser die Oberfläche nicht mehr, sondern tropft einfach darauf, und die Haftung der Pilze nimmt im gleichen Verhältnis ab, wie dieser Kontaktwinkel zunimmt.

Fleischfressende Pflanzen wie Kannenpflanzen (Nepenthes) nutzen diese nicht-adhäsiven Oberflächen noch weiter und kombinieren zwei Strategien: Zum einen bedecken sie ihre Oberfläche mit einem Wasserfilm, der als Gleitfläche wirkt und verhindert, dass die klebrigen Pilzhaare der Insekten die Pflanzenkutikula direkt berühren. Zum anderen besitzen sie Stacheln, die die klebrigen Pilzhaare, die es dennoch in die Nähe schaffen, einfangen und desorientieren.

Wenn ein Pilz an einem dieser Stacheln hängen bleibt, kann sich das Insekt nur befreien, indem es mehr elastische Verformungsenergie erzeugt, als der Stachel zum Festhalten benötigt. Diese benötigte Energie kann die im Beinmuskel des Insekts verfügbare Energie übersteigen. In diesem Fall wird das Insekt durch die eigentlich zur Verhinderung des Anhaftens entwickelte, nicht-adhäsive Oberfläche immobilisiert.

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