Klebstoff Muschelklebstoff mit Potential für medizinische Anwendungen

Forscher des Max-Planck-Institut für Polymerforschung haben sich vom Muschelkleber inspirieren lassen: Auf Basis der Aminosäure Dihydroxyphenylalanin hat das Team den Grundstein für eine wassertaugliche, selbstheilende, mit Oberflächen reagierende, unter Licht abbaubare und dazu biokompatible Klebstoffklasse gelegt.

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Muscheln sind Meister in Sachen Klebtechnik, denn sie haften unter Wasser auf nahezu jeder Art von Oberfläche. Mainzer Forscher haben sich vom Muschelklebstoff inspirieren lassen und noch eine weitere Eigenschaft hinzugefügt: Wie das Team in der Zeitschrift Angewandte Chemie berichtet, lässt sich der neue Kleber „auf Befehl“ wieder ablösen.

Aminosäure ist für Klebewirkung verantwortlich

Moderne Klebetechniken sind Hightech-Verfahren, doch es gibt Punkte auf dem Klebtechniker-Wunschzettel, die noch offen sind: zuverlässiges Kleben unter Wasser (für Reparaturen von Leckagen in Unterwasser-Pipelines oder zum Abdichten blutender Wunden während einer Operation), „selbstheilende“ Klebstoffe, die katastrophale Folgen eines Versagens verhindern, sowie Kleber, die sich rückstandsfrei wieder ablösen lassen (um Bauteile zu ersetzen oder Verbundstoffe beim Recycling gut zerlegen zu können).

In der Natur gibt es einen robusten, fest haftenden, universellen Kleber, der die ersten beiden Anforderungen erfüllt: Muscheln kleben sich damit unter Wasser an fast alle Arten von Oberflächen, von Steinen über Holzpfosten bis hin zu metallenen Schiffsrümpfen. Mit verantwortlich für diese Klebewirkung ist die Aminosäure Dihydroxyphenylalanin (Dopa). Die im Kleber enthaltenen Dopa-Gruppen reagieren unter Bedingungen, wie sie in Meerwasser herrschen, schrittweise zu einer quervernetzten Polymermatrix und sind in der Lage, fest an anorganische Oxide im Gestein zu binden. Zudem binden sie mehrwertige Metallionen des Meerwassers wie Eisenionen, was dem Muschelkleber selbstheilende Eigenschaften verleiht.

Kleber hält unter Wasser und kann sich selbst heilen

Die Forscher um Aránzazu del Campo vom Max-Planck-Institut für Polymerforschung in Mainz haben sich von diesem Muschelkleber inspirieren lassen. Sie stellten Polymere her, an deren Enden sie Nitrodopamin-Gruppen knüpften. Diese Gruppen sind mit Dopa verwandt und verhelfen dem Kleber ebenso zu einer Vernetzung unter Wasser sowie zu Selbstheilungseigenschaften. So wuchs ein zerschnittenes Gel aus dem neuen Material innerhalb weniger Minuten wieder zusammen. Dank der Nitro-Funktion (-NO₂) hat das durch Muschelkleber inspirierte Material noch einen zusätzlichen Bonus: Die Moleküle lassen sich durch Einstrahlung von UV-Licht spalten – der Kleber wird damit wiederablösbar.

Damit hat das Mainzer Team den Grundstein für eine wassertaugliche, selbstheilende, mit Oberflächen reagierende, unter Licht abbaubare und dazu biokompatible Klebstoffklasse gelegt. Mit dem neuen Kleber beschichtete Oberflächen bieten auch Zellkulturen ein ausgezeichnetes Substrat. Das Material könnte daher vor allem in der Medizin Verwendung finden, etwa als wieder ablösbare Gelpads für die Regeneration von Haut oder als reversibler Wundkleber für mehrmalige Operationen.

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