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Ob Kaffeebecher, Verpackungen, Flugzeugflügel oder Smartphones: in den allermeisten Alltagsprodukten stecken heutzutage Klebstoffe, die traditionell ein Leben lang halten sollen. Viele dieser Klebeverbindungen sind mittlerweile so stabil und verbinden unterschiedlichste Werkstoffe. So etwa Glas mit Kunststoff, Holz mit Metall oder Aluminium mit Stahl. Doch so wichtig die Langlebigkeit eines Klebstoffes für die Haltbarkeit eines Produktes auch ist – mitunter kann das zum Problem werden – zumal Klebstoffe oft noch aus erdölbasierten und damit nicht nachwachsenden Rohstoffen bestehen.

Plattformtechnologie für neuartige Klebstoffe

Hier setzt das Projekt electraDetouch an. Mit der Entwicklung eines biohybriden Klebesystems will ein Forschungsteam um Hans Börner von der Humboldt Universität zu Berlin Klebstoffe nachhaltiger und funktionaler machen. Im Fokus steht dabei eine Plattformtechnologie zur Herstellung eines neuartigen Klebstoffs, der überwiegend aus nachwachsenden Rohstoffen besteht und sich auf „Knopfdruck“ entkleben lässt.

Entkleben auf Knopfdruck

Ein Klebstoff, der sich selbst entklebt – das scheint zunächst paradox, ist aber durchaus sinnvoll: „Die Geräte, die man heute kauft, kann man selten selbst reparieren und werden leider oft wegschmissen, obwohl nur Einzelteile ausgetauscht werden müssten. Das liegt auch an der Konstruktion und den Verklebungen“, erklärt Börner. Gemeinsam mit Partnern aus Forschung und Industrie will der Leiter des Lehrstuhls für Organische Synthese funktionaler Systeme an der HU Berlin daher „einen Klebstoff entwickeln, der wenn es notwendig ist, schaltbar seine Klebkraft aufgibt“.

Miesmuschel als Vorbild

Die Technologie des schaltbaren Entklebens steht im Fokus von electraDetouch. Die Grundlage dafür bildet ein Klebstoff, der aus nachhaltigen Bausteinen besteht – aus Aminosäuren, wie sie auch in der Natur vorkommen. Hier ließ sich das Forschungsteam ebenfalls von der Natur inspirieren. „Die Miesmuschel hat ein hervorragendes Klebesystem. Sie nutzt auch Aminosäuren, also Protein-basierte Klebstoffe, die enorm stark und schnell unter sehr widrigen Bedingungen haften. Die Klebfunktion dieses Muschelsystem haben wir jetzt als mögliche elektrisch schaltbare Funktion identifiziert“, erklärt Börner.
 
Der Einsatz natürlicher Bausteine ermöglich den Forschenden, den Klebstoff in einem wasserbasierten Prozess herzustellen und so das Verfahren nachhaltig zu gestalten. Hierbei werden die Bausteine, die aus Aminosäuren bestehen, mithilfe von Enzymen in einem biotechnologischen Prozess aktiviert, um den Klebstoff aufzubauen. Dafür sind Enzymexperten der Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung in Potsdam verantwortlich. Die aktivierten Aminosäuren nutzt das Team an der HU Berlin wiederum zur Herstellung des Klebstoffes, dessen Eigenschaften und Funktion vom Klebstoffspezialisten Henkel im Projekt untersucht und optimiert werden.

Elektrisches Entkleben am Smartphone-Display demonstrieren

Die Methode des elektrisch schaltbaren Entklebens will das Team übrigens an einem Smartphone demonstrieren. „Wir wollen den Klebstoff nutzen, um ein Display auf den Rahmen zu kleben und dann unter Einfluss von elektrischem Strom wieder zu entfernen. Das Gerät hat sowieso Batterien an Bord, die den Entklebeprozess einleiten können“, erklärt der Forscher.

Pflanzen verfügen über mehrere Strategien, sich gegen Schadinsekten zu schützen: Sie können ihnen mechanisch das Anstechen oder Fressen der Blätter erschweren. Sie können ihren Geschmack oder Nährwert unattraktiv gestalten. Oder sie können noch einen Schritt weitergehen und Stoffe produzieren, die die Fressfeinde schädigen. Doch manchmal schlagen die Insekten im Laufe der Evolution zurück und umgehen diese Abwehrmethoden. Der Kohlweißling ist ein Beispiel dafür.

Pflanzenenzyme zünden die Senföl-Bombe

Die meisten Kreuzblütengewächse, zu denen Kohl, Raps, Meerrettich und Senf zählen, haben eine chemische Abwehrstrategie gegen Schadinsekten entwickelt. Fachleute bezeichnen sie sehr anschaulich als „Senföl-Bombe“: Die Pflanzen lagern in ihren Zellen Senföl-Glycoside ein. Wird das Pflanzengewebe durch den Biss eines Insekts beschädigt, aktiviert die Verwundung Enzyme aus der Gruppe der Myrosinasen. Sie spalten die Senföl-Glycoside und dadurch entstehen giftige Senföle, was die Raupen vertreibt.

Doch offensichtlich sind Raupen des Kohlweißlings vom Senföl nicht sonderlich beeindruckt. Wie frühere Studien schon zeigen konnten, sind daran zwei Enzyme des Tieres beteiligt – NSP (nitrile specifier protein) und MA (major allergen). Sie entstehen aus einem Protein, das viele Schmetterlingsarten in ihrem Darm aufweisen. Lediglich Schmetterlinge, deren Raupen sich von Pflanzen mit Senföl-Glycosiden ernähren, erzeugen aus dem Protein diese beiden Enzyme.

Plants have several protective strategies against insect pests: They can mechanically make it difficult for them to pierce or eat the leaves. They can make their taste or nutritional value unattractive. Or they can go one step further and produce substances that harm predators. But sometimes, in the course of evolution, insects fight back and bypass these defense methods. The cabbage white butterfly is a case in point.

Plant enzymes ignite the mustard oil bomb

Most cruciferous plants, which include cabbage, rapeseed, horseradish and mustard, have developed a chemical defense strategy against insect pests. Experts call it the "mustard oil bomb": the plants store mustard oil glycosides in their cells. If the plant tissue is damaged by the bite of an insect, the wounding activates enzymes from the group of myrosinases. They cleave the mustard oil glycosides and this produces toxic mustard oils, which drives the caterpillars away.

However, caterpillars of the cabbage white butterfly are not particularly impressed by mustard oil. As previous studies have already shown, two of the animal's enzymes are involved - NSP (nitrile specifier protein) and MA (major allergen). They are produced from a protein that many butterfly species have in their gut. Specifically, butterflies whose caterpillars feed on plants containing mustard oil glycosides produce these two enzymes from the protein.