Wissenschaftler haben einen bemerkenswerten Fortschritt in der Materialwissenschaft erzielt: Ein selbstheilendes Hydrogel, das bemerkenswerte Eigenschaften aufweist, die der menschlichen Haut ähneln. Forscher der Universität Bayreuth und der Aalto-Universität haben ein Material entwickelt, das sowohl hohe Stabilität als auch Selbstheilungsfähigkeiten besitzt. Diese Errungenschaft könnte eine Vielzahl von Anwendungen finden, von selbstheilenden Robotern über synthetische Gewebe bis hin zu langlebigen Sensoren.
Josef Breu von der Universität Bayreuth spielte eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung dieser innovativen Substanz. Gemeinsam mit einem Team aus internationalen Wissenschaftlern haben sie es geschafft, ein Hydrogel herzustellen, das nach einer Schnittverletzung innerhalb von vier Stunden zu 80-90% heilt und nach einem Tag vollständig regeneriert ist. Diese Entdeckung wurde am 7. März 2025 in der Fachzeitschrift Nature Materials veröffentlicht, was das Interesse an bioinspirierten Materialien weiter stärken könnte Focus EurekAlert!.
Mechanismus und Herstellung
Das Hydrogel nutzt ultradünne Ton-Nanoschichten, die in seine Struktur integriert sind. Diese Nanosheets erhöhen nicht nur die mechanischen Eigenschaften, sondern ermöglichen auch den Heilungsprozess. Der Heilungsmechanismus erfolgt durch das Verflechten von Polymerketten, ähnlich wie bei menschlichen Hautzellen, die sich bei Verletzungen wieder verbinden. Bei der Herstellung wird Monomer-Pulver mit wasserbasierten Nanosheets vermischt und anschließend durch UV-Licht ausgehärtet. Ein Millimeter dieses Hydrogels enthält etwa 10.000 Lagen von Nanosheets, die ihm die notwendige Festigkeit verleihen, um mit der menschlichen Haut konkurrieren zu können.
Die Kombination von hoher Steifigkeit und Selbstheilung war bisher eine große Herausforderung in der Materialwissenschaft. Bisherige künstliche Gele konnten entweder hohe Steifigkeit oder Selbstheilung, jedoch nicht beides erreichen. Die aktuelle Entwicklung könnte den Weg zu neuen funktionalen Materialien ebnen, die sich selbst reparieren können und äußerst vielseitig sind, angefangen von der Robotik bis hin zur Luft- und Raumfahrt.
Perspektiven für zukünftige Anwendungen
Die vielseitigen Anwendungsmöglichkeiten dieses neuen Hydrogels sind beachtlich. Experten sehen es als potenziellen Durchbruch in der Entwicklung selbstheilender Materialien. Der Einsatz könnte vor allem im Bereich der Windkraftanlagen und in der Luft- und Raumfahrt revolutionär sein. Diese Materialien könnten dazu beitragen, Schäden an kritischen Infrastrukturen automatisch zu beheben, was lange Ausfallzeiten und hohe Reparaturkosten reduzieren würde.
Parallel zu diesen Entwicklungen forscht Robert Geitner an der Universität Jena an selbstheilenden Polymeren unter der Leitung von Prof. Dr. Jürgen Popp. Geitner hat ebenfalls innovative Ansätze zur Schaffung von Materialien, die Risse selbstständig schließen können, verfolgt. Für seine Arbeit wurde er beim „8th International Symposium on Two-Dimensional Correlation Spectroscopy“ in Wien ausgezeichnet Farbe und Lack.
Die Neuentwicklung des Hydrogels zeigt eindrucksvoll, wie biologische Prinzipien erfolgreich auf synthetische Materialien angewendet werden können, und öffnet Türen zu einer neuen Ära in der Materialwissenschaft.
