Pflanzliche Selbstheilung unter dem Mikroskop - Vorbild für polymere Werkstoffe?

Bernhard Amelung

Wie schön wäre es: Das Mobiltelefon fällt auf den Boden, der Bildschirm trägt Kratzer davon, und die Bildschirmoberfläche regeneriert von selbst. Johannes Reinhart (17) vom Hans-Thoma-Gymnasium in Lörrach sucht nach einer technischen Lösung für dieses Problem in der Natur.



Eine Situation, die jeder kennt: Das Mobiltelefon fällt aus der Jackentasche, landet auf dem harten Straßenpflaster und der Bildschirm trägt Kratzer, Sprünge oder gar Absplitterungen davon. Leichte Kratzer bekommt man - vielleicht - mit Zahnpasta, einem Lackpfleger oder irgendeiner Display-Politur entfernt. Aber weist der Bildschirm so richtige Schmacken auf, hilft oft nur ein Austausch. Der ist kompliziert und sollte gerade bei hochwertigen Smartphones nur von Technikern durchgeführt werden. Wenn überhaupt. Wie schön wäre es doch, wenn man die wunderschön glatte Oberfläche wieder herstellen kann.


Johannes Reinhart aus Lörrach denkt noch einen Schritt weiter. "Wie schön wäre es, wenn man sein Handy aufheben könnte, und die Bildschirmoberfläche regeneriert von selbst." Der siebzehnjährige Schüler des Hans-Thoma-Gymnasiums wünscht sich einen selbstreparierenden Werkstoff. "Wie so oft hilft bei der Suche nach technischen Lösungen für ein alltägliches Problem der Blick in die Natur. Es ist bekannt, dass beispielsweise die Blätter der asiatischen Lotusblume immer sauber sind. An ihnen perlt Regenwasser ab und spült den Schmutz weg", erzählt er.

In seiner Forschungsarbeit untersucht Johannes zahlreiche Pflanzenarten. Die Oberflächenstruktur ihrer Blätter soll Ideen liefern, um - irgendwann - den perfekten, sich selbst erneuernden Werkstoff für sensible Oberflächen wie das Display eines Mobiltelefons oder Tablet PCs zu haben. Dazu untersucht er zahlreiche Pflanzenarten unter dem Rasterkraftmikroskop. Dieses tastet mittels Tastfeder die Oberflächen der jeweiligen Proben ab. "Man muss sich das so vorstellen wie bei einem Plattenspieler. Dort tastet der Tonabnehmer die Rillen der Vinylscheibe ab. Beim Rasterkraftmikroskop misst ein Laserstrahl die Auslenkung der Tastfeder", erklärt der Jungforscher.

Ein kleiner Nachteil: das Rasterkraftmikroskop reagiert sehr empfindlich auf Störfaktoren wie äussere Erschütterungen. Rund drei Monate hat Johannes gebraucht, bis er optimale Voraussetzungen für sein Vorhaben geschaffen hat und die Umgebung des Mikroskops nicht durch kleinste Erschütterungen gestört wird.



In der Folge untersucht Johannes zahlreiche Pflanzenarten. Verschiedene Efeu- und Orchideenblätter sowie die Blätter der Calathea rosa, einer immergrünen Staude aus Brasilien. Er setzt der Wachsschicht systematisch zu: Er reibt sie mit Methanol ein, fügt ihnen Kratzer und Ritze zu, trägt Klebstoff auf und zieht die Schicht ab. Danach geht es für die Blätter unters Mikroskop. Das Ergebnis: Die Wachsschicht wächst nach, und zwar nach einem ganz bestimmten Schema: "Zunächst bilden sich Wachskristalle, die zu kleinen Wachsinselchen anwachsen. Diese breiten sich aus, doch ab einem gewissen Zeitpunkt nimmt das Wachstum ab. Die Schicht bildet sich nicht durchgängig aus", erklärt er. Zwischen den einzelnen Wachsinseln gebe es Zwischenräume, die seien wenige Nanometer groß.

Bei Pflanzen erfüllt diese Wachsschicht, "eine Polymerschicht", eine wichtige Funktion. Sie schützt die Blätter vor dem Austrocknen und verhindert, dass sich Schmutz, Bakterien und Parasiten festsetzen können. Der Lotus-Effekt eben. Diesen ziehen Unternehmen bei der Herstellung von Wandfarben und Solarzellen bereits heran. Sie bauen Stoffkapseln mit ein, die nur wenige Nanometer Durchmesser haben. "Daran lässt sich anknüpfen bei der Entwicklung von polymeren Werkstoffen", befindet Johannes. Und wer weiß, vielleicht haben unsere nächsten Mobiltelefone bereits eine selbstregenerierende Oberfläche?

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