Schweizerische Nationalfonds: Intelligentes Material am Haken

Pressemitteilung

Pressetitel

Verfasser / Quelle

Schweizerische Nationalfonds

Publikationsdatum

28.06.2011

Firmenporträt

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28.06.2011, m Rahmen des Nationalen Forschungsprogramms «Intelligente Materialien» (NFP 62) haben sich die Forscher des Adolphe Merkle Instituts (Freiburg) bei der Entwicklung von Polymeren mit Formgedächtnis am Beispiel der Seegurke inspiriert. Eine erste Anwendungsmöglichkeit könnte ein künstlicher Köder zum Angeln sein. Die Freiburger Wissenschaftler fassen aber auch schon andere – hochtechnologische – Anwendungen in der Medizin ins Auge.

Der künstliche Wurm ist völlig reglos, wenn Johan Foster, ein Forschungsgruppenleiter am Adolphe Merkle Institut (AMI), den Köder auf die Spitze des Angelhakens aufzieht. Kaum im Wasser beginnt er jedoch, sich hin und her zu winden und - zumindest für den menschlichen Betrachter - das Verhalten seines natürlichen Vorbilds zu imitieren. Unter dem Einfluss der Flüssigkeit nimmt dieses Stück Polymer mit Formgedächtnis seine ursprüngliche Geometrie wieder ein.

Wirbellos, aber intelligent

Auf dem Weg zu diesem Ergebnis liessen sich die Forscher des AMI um Christoph Weder und Johan Foster von der Seegurke inspirieren, einem im Meer lebenden Organismus, dessen eigentlich weiche Haut sich bei Berührung unmittelbar versteift, da sie zahlreiche Kollagenfasern enthält. Ist das Tier ruhig, so sind diese Fasern voneinander unabhängig. Sobald die Seegurke aber berührt wird, schüttet sie Peptide aus, die es diesen Fasern ermöglichen, sich miteinander zu verbinden und eine Art Gerüst zu bilden, das die Haut versteift. Selbstverständlich ist dieser Mechanismus umkehrbar, was die Haut der Seegurke zu einem natürlichen intelligenten Material macht.

Im Fall des künstlichen Wurms haben die Wissenschaftler des AMI kristalline Zellulose-Nanofasern in ein Polymer eingebettet. Diese Nanofasern sind natürlichen Ursprungs: Gewonnen werden sie etwa beim Auflösen von Baumwolle oder Papier. Auch wenn sie eine einfache Struktur aufweisen, sind ihre mechanischen Eigenschaften doch vergleichbar mit denen von Kohlenstoff-Nanoröhrchen. Wenn man sie in ein Polymer einbettet, verbinden sich diese Fasern über sogenannte Wasserstoffbrücken miteinander. Je nach Grösse und Konzentration der Fasern kann das Polymer dann so steif wie eine CD-Hülle werden. Durch Zugabe von Wasser jedoch werden diese Wasserstoffbrücken geschwächt: Das Polymer wird so weich wie Kautschuk. Auch hier ist der Mechanismus nach Belieben umkehrbar, was dieses Verbundmaterial zu einem intelligenten Material macht.

Formgedächtnis

Um einen künstlichen Wurm herzustellen, reicht es entsprechend, ein Stück dieses Materials zu befeuchten, es in die Länge zu ziehen, in alle Richtungen zu verdrehen und es anschliessend zu trocknen. Beim Trocknen gewinnen die Wasserstoffbrücken zwischen den Fasern wieder die Oberhand und lassen das Polymer in seinem verformten Zustand erstarren. Wirft man es erneut ins Wasser, werden die Verbindungen geschwächt, und es nimmt aufgrund der Elastizität wieder seine Ursprungsform an.

Auch wenn Köder ein erstes, einfach zu realisierendes Produkt wären, so wurden die künstlichen Würmer primär hergestellt, um die Eigenschaften und das Potential von Materialien mit Formgedächtnis zu demonstrieren. Christoph Weder und Johan Foster stellen sich für ihre Materialien auch hochtechnologische Einsatzmöglichkeiten vor. So könnten diese beispielsweise als Substrat für Elektroden dienen, die ins Gehirn implantiert werden. Solche Elektroden müssen möglichst steif sein, um eine äusserst präzise Platzierung sicherzustellen. Diese Steifigkeit beschleunigt jedoch die Abstossung durch den Organismus. Da die Gehirnflüssigkeit grösstenteils aus Wasser besteht, könnten die durch das AMI entwickelten Materialien beide Anforderungen erfüllen: Steifigkeit bei der Implantation und anschliessende Weichheit, um die Abstossung hinauszuzögern.

Nationales Forschungsprogramm «Intelligente Materialien» (NFP 62) Beim NFP 62 handelt es sich um ein Kooperationsprogramm zwischen dem Schweizerischen Nationalfonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (SNF) und der Förderagentur für Innovation KTI. Ziel ist dabei nicht nur die Förderung wissenschaftlicher Exzellenz, sondern auch eine erfolgreiche industrielle Nutzung der intelligenten Materialien und ihrer Anwendungen.

Das NFP 62 zielt auf die Bündelung der an verschiedenen Forschungsstätten in der Schweiz vorhandenen Kompetenzen und Ressourcen. Diese Forschung liefert die nötigen Technologien für die Entwicklung intelligenter Materialen und für die Anwendung intelligenter Systeme und Strukturen in Bereichen mit strategischer Bedeutung für die Schweizer Industrie. Das NFP 62 umfasst 21 Projekte, verfügt über ein Budget von 11 Millionen Franken und endet im Jahr 2015.

Medienkontakt:

Institut Adolphe Merkle Universität Freiburg Polymerchemie und Materialien Rte de l'Ancienne Papeterie Case postale 209 CH-1723 Marly 1

Prof. Dr. Christoph Weder Direktor des Adolphe Merkle Instituts Tel.: +41 (0)26 300 94 65 E-Mail: christoph.weder@unifr.ch

Dr. E. Johan Foster Tel.: +41 (0)26 300 92 81 E-Mail: johan.foster@unifr.ch

Über Schweizerischer Nationalfonds SNF

Der Schweizerische Nationalfonds (SNF) fördert im Auftrag des Bundes die Forschung in allen wissenschaftlichen Disziplinen, von Geschichte über Medizin bis zu den Ingenieurwissenschaften

Um die nötige Unabhängigkeit sicherzustellen, wurde der SNF 1952 als privatrechtliche Stiftung gegründet. Im Zentrum seiner Tätigkeit steht die Evaluation von Forschungsgesuchen. Mit der kompetitiven Vergabe öffentlicher Gelder trägt der SNF zur hohen Qualität der Schweizer Forschung bei.

In enger Zusammenarbeit mit Hochschulen und weiteren Partnern setzt sich der SNF dafür ein, dass sich die Forschung unter besten Bedingungen entwickeln und international vernetzen kann. Besondere Aufmerksamkeit schenkt der SNF dabei der Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses.

Zudem übernimmt er im Rahmen von Evaluationsmandaten die wissenschaftliche Qualitätskontrolle von grossen Schweizer Forschungsinitiativen, die er nicht selbst finanziert.

Quelle:

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Quelle: Schweizerische Nationalfonds | Publiziert am 28.06.11 | Aktualisiert um 08:57 Uhr

Die Pressemitteilung Schweizerische Nationalfonds: Intelligentes Material am Haken wurde publiziert von Schweizerische Nationalfonds am 28.06.2011 (Achtundzwanzigster Juni). Die Meldung Schweizerische Nationalfonds: Intelligentes Material am Haken hat die ID News-HLP-44-1105217.

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