Klebstoffe sind eine praktische Erfindung. Doch viele handelsübliche Produkte haben einen entscheidenden Nachteil: Sollen sie Flächen verbinden, die nicht sauber und trocken genug sind, versagen sie. Das Zusammenhalten feuchter Oberflächen stellt für synthetische Kleber noch immer eine Herausforderung dar. Nicht so für von der Natur erdachte Klebstoffe: Muscheln zum Beispiel haften dank eines speziellen Proteinklebers problemlos unter Wasser am Untergrund. Auch Spinnen fesseln ihre Beute selbst bei feuchter Luft oder Regen mithilfe klebriger Seide in ihrem Netz. Doch wie gelingt den Tieren das? Dieser Frage sind nun Wissenschaftler um Saranshu Singla von der University of Akron nachgegangen. Sie untersuchten die Funktionsweise des speziellen Klebstoffs, den Radnetzspinnen in Form kleiner Tröpfchen auf den Fäden der Fangspirale ihres Netzes verteilen.
Dafür sammelten sie Proben aus Netzen der Art Larinioides cornutus und trugen diese auf einem Saphir-Prisma auf. Dieses setzten sie anschließend einer hohen Luftfeuchtigkeit aus und beobachteten mithilfe der sogenannten Summenfrequenzspektroskopie, was passierte. Die Auswertung ergab: Hauptbestandteil des Spinnenklebers sind Glykoproteine – Makromoleküle, die aus Aminosäuren und Zuckermolekülen bestehen. Diese Proteine sind offenbar für die primäre Klebewirkung verantwortlich und verändern mit zunehmender Feuchtigkeit ihre Struktur, wie die Forscher berichten. Sie falten sich dann auf eine Art und Weise, die die Oberflächenhaftung in Gegenwart von Wasser verbessert. Damit die Verbindung zwischen Kleber und Beute langfristig hält, sind jedoch noch weitere Komponenten wichtig: kleine organische und anorganische Moleküle, die Wasser anziehen können.
Wasserbindende Moleküle
Diese hygroskopischen Moleküle binden aktiv das Wasser, das sich an der Grenzschicht zwischen Kleber und Substrat ansammelt. Sie ziehen das Wasser von dort weg ins Innere der Klebemasse. So beobachtete das Team, dass der Feuchtigkeitsgehalt im Inneren der Probe mit steigender Humidität zunahm, während an der Grenzfläche kein freies vorhanden war. Ein genialer Trick. Denn freies Wasser an der Schnittstelle zwischen Kleber und Substrat würde die Adhäsion massiv behindern. “Die hygroskopischen Moleküle arbeiten mit den Glykoproteinen zusammen und überwinden damit eine grundlegende Einschränkung, die typisch für konventionelle synthetische Kleber ist”, schreiben die Wissenschaftler.
Wieder einmal scheint sich damit ein Patent aus der Natur als gutes Vorbild für menschengemachte Produkte zu erweisen: “Die Verwendung hygroskopischer Bestandteile, um Grenzflächenwasser zu entfernen, könnte ein neuer Ansatz bei der Entwicklung wasserresistenter Klebstoffe sein”, sind die Autoren überzeugt. Die Klebkraft der Spinnenseide ist allerdings nicht das einzige Merkmal an Spinnennetzen, das Materialwissenschaftler fasziniert: Die Fäden gehören zudem zu den stärksten Strukturen der Natur und sind dabei auch noch erstaunlich elastisch.
