Saubere Atemluft ist wichtig – auch für die sogenannten Springschwänze, eine weit verbreitete Klasse der Gliederfüßer. Für die wenige Millimeter großen Tiere gilt jedoch eine Besonderheit: Sie atmen fast alle ausschließlich über ihre Haut. Als oftmals bodenlebende Organismen stellt das die Springschwänze vor die Herausforderung, eben diese Haut möglichst frei von Verunreinigungen und Krankheitserregern zu halten, um die Atmung nicht zu gefährden. Forschende des Leibniz-Instituts für Polymerforschung in Dresden haben nun entdeckt, wie den Tieren das gelingt. Die Entdeckung könnte dazu dienen, neue Werkstoffe zu entwickeln.

Spontane Änderung der Molekülausrichtung

Zunächst war dem Forschungsteam um Carsten Werner aufgefallen, dass Springschwänze auf ihrer Haut einen hohen Anteil Cholesterin aufweisen. Im Wissenschaftsjournal „Nature“ berichten die Fachleute nun, wie diese Moleküle dazu beitragen, die Haut der kleinen Gliederfüßer rein zu halten. Mithilfe von Experimenten, atomistischen Simulationen und Analysen der Thermodynamik stellten sie fest, dass sich manchmal die Ausrichtung der Cholesterinmoleküle spontan ändert. Dadurch entsteht eine sogenannte entropische Abstoßung, die dazu führt, dass sich Proteine oder Bakterien schlechter an die cholesterinhaltige Hautoberfläche anheften können. Schon winzige Änderungen der molekularen Orientierung machten diese Effekt zunichte. Oberflächen, die fixiert waren und sich daher nicht spontan neu orientieren konnten, boten ebenfalls keinen Schutz gegen sich anheftende biologische Oberflächen.

Funktionalisierte Oberflächen mit entropischer Abstoßung

Viele Produkte oder Technologien hängen davon ab, dass ihre Oberflächen nicht durch biologisches Material verunreinigt werden. Das Forschungsteam erhofft sich daher, das in der Natur entdeckte Prinzip nun zu nutzen, um synthetische Materialien zu entwickeln, die durch eine vergleichbare entropische Abstoßung sauber gehalten werden. Bis es gelingen wird, Oberflächen entsprechend zu funktionalisieren, dürfte jedoch noch eine Menge Forschungsarbeit zu leisten sein.

bl