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    Wissenschaftler lassen sich von Catchweed inspirieren, um biologisch abbaubares Klettband herzustellen
    Vor 26 Tagen und 5 Stunden

    Künstliche Mikrohakenstruktur ermöglicht die Herstellung von Mikrogeräten zur Überwachung von Pflanzen
    Klettverschluss ist ein genialer Klettverschluss, der von der Natur inspiriert ist – speziell von der Herzmuschel. Jetzt revanchieren sich Wissenschaftler des Italian Institute of Technology. Sie haben den ersten biologisch abbaubaren Klettverschluss entwickelt – inspiriert von Kletterpflanzen

    Es bleibt selten Zeit, über jede coole wissenschaftliche Geschichte zu schreiben, die uns in den Weg kommt. Deshalb veranstalten wir auch dieses Jahr wieder eine besondere Beitragsreihe zu Twelve Days of Christmas, in der vom 25. Dezember bis zum 5. Januar jeden Tag eine Geschichte hervorgehoben wird, die durch die Ritzen gefallen ist. Heute: biologisch abbaubarer Klettverschluss lässt sich von der Natur inspirieren, um etwas zurückzugeben Natur.

    Der Erfinder von Velcro war ein Schweizer Ingenieur namens George de Mestral, der seine Leidenschaft für Erfindungen mit seiner Leidenschaft für die Natur verband. Nach dem Abitur nahm er eine Stelle in der Maschinenhalle eines Schweizer Maschinenbauunternehmens an. 1948 machte de Mestral einen zweiwöchigen Urlaub von der Arbeit, um auf Wildvogeljagd zu gehen. Beim Wandern mit seinem Irish Pointer im Jura-Gebirge wurde er von Cockleburs (Klettesamen) geplagt, die sich unnachgiebig sowohl an seiner Kleidung als auch am Fell seines Hundes festhielten.

    Es war so schwierig, den zähen Samen zu entwirren Schoten, von denen de Mestral fasziniert war, wie sie gebaut wurden, und untersuchte einige unter einem Mikroskop. Er bemerkte, dass die Außenseite jedes Grats mit Hunderten von winzigen Haken bedeckt war, die in Fadenschlaufen oder im Falle des Hundes Fell griffen. Und es brachte ihn auf die Idee für einen ähnlichen künstlichen Verschluss.

    Der Klettverschluss, der unter dem Markenzeichen Velcro bekannt ist, wurde in den 1950er Jahren von einem Schweizer Ingenieur namens George de Mestral erfunden.Vergrößern / Der unter dem Warenzeichen Velcro bekannte Klettverschluss wurde in den 1950er Jahren von einem Schweizer Ingenieur namens George de Mestral erfunden.iStock/Getty Images

    Die meisten Stoff- und Tuchexperten, mit denen er sich in Lyon, Frankreich, dem damaligen weltweiten Zentrum der Webindustrie, traf, waren skeptisch, ob die Idee funktionieren würde. Aber ein Weber teilte de Mestrals Erfindergeist. Er arbeitete an einem kleinen Webstuhl von Hand und schaffte es, zwei Baumwollbänder zu weben, die genauso fest schlossen wie die Cockleburs. De Mestral nannte die Erfindung Velcro, aus den französischen Wörtern VELours („Samt“) und CROchet („Haken“). Der Markenname wurde am 13. Mai 1958 offiziell registriert. Zu diesem Zeitpunkt hatte de Mestral seinen Job bei dem Ingenieurbüro gekündigt und einen Kredit von 150.000 US-Dollar aufgenommen, um das Konzept zu perfektionieren und seine eigene Firma zur Herstellung seiner neuen Klettverschlüsse zu gründen.

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    Offiziell eingeführt im Jahr 1960, war Klettverschluss kein sofortiger Erfolg, obwohl die NASA ihn für nützlich hielt, um Astronauten in sperrige Raumanzüge hinein- und herauszuziehen. Schließlich erkannten Hersteller von Kinder- und Sportbekleidung die Möglichkeiten, und das Unternehmen verkaufte bald mehr als 60 Millionen Meter Klettverschluss pro Jahr, was de Mestral zu einem Multimillionär machte. Er starb 1990 und wurde neun Jahre später in die National Inventors Hall of Fame aufgenommen.

    Klettverschluss wird normalerweise aus Nylon hergestellt und wird in Turnschuhen, Rucksäcken, Geldbörsen, Jacken, Uhrenarmbändern, Blutdruckmanschetten und . verwendet Spielzeug wie kindersichere Dartscheiben. Es half sogar, ein menschliches Herz während der ersten künstlichen Herztransplantation zusammenzuhalten. Die „Klebrigkeit“ kommt von seiner Struktur: Untersuchen Sie die beiden Streifen eines Klettverschlusses unter einem Mikroskop und Sie werden sehen, dass ein Streifen mikroskopische Schlaufen enthält, während der andere winzige Haken hat, die an den Schlaufen einrasten, um sie sicher zu befestigen

    SEM-Bild von Catchweed-Blättern. Mikrohaken an den Blättern ermöglichen es ihm, sich während des Wachstums an der Oberfläche anderer Pflanzen zu verankern und diese als physische Unterstützung zu nutzen.Vergrößern / SEM Bild von Catchweed-Blättern. Mikrohaken an seinen Blättern ermöglichen es ihm, sich während seines Wachstums auf der Oberfläche anderer Pflanzen zu verankern und diese als physische Unterstützung zu nutzen.IIT-Istituto Italiano di Tecnologia

    Co-Autorin Isabella Fiorello und ihre Kollegen waren an der Entwicklung innovativer neuer Technologien interessiert zur Überwachung von Pflanzen in situ, um Krankheiten zu erkennen, sowie zur Abgabe verschiedener Substanzen an Pflanzen. Allerdings können nur wenige solcher Geräte direkt an Pflanzenblättern befestigt werden, ohne diese zu beschädigen. Die besten aktuellen Optionen sind Sensoren, die mit chemischen Klebstoffen oder mit Clips befestigt werden. Es sind auch Pflaster auf Mikronadelbasis in der Entwicklung, die Blätter zur Erkennung von Krankheiten durchdringen können.

    Fiorello et al. fand Inspiration bei der Gemeinen Catchweed-Pflanze (Galium aparine). Es kann dichte, wirre Matten auf dem Boden bilden, und obwohl die Pflanzen bis zu zwei Meter groß werden können, können sie nicht alleine stehen und müssen stattdessen andere Pflanzen zur Unterstützung verwenden. Zu diesem Zweck verlassen sich Catchweed-Pflanzen auf einen "einzigartigen parasitären, ratschenähnlichen Verankerungsmechanismus, um über Wirtspflanzen zu klettern, wobei mikroskopische Haken für die mechanische Verbindung mit den Blättern verwendet werden", schreiben die Autoren.

    Das italienische Team hat dies genau untersucht Microhook-Struktur und erstellte dann mit einem hochauflösenden 3D-Drucker künstliche Versionen aus verschiedenen Materialien – darunter lichtempfindliche und biologisch abbaubare Materialien aus einer zuckerähnlichen Substanz namens Isomalt. Ihre künstlichen Reproduktionen erwiesen sich als sehr gut geeignet, sich an viele verschiedene Pflanzenarten anzuheften, genau wie ihre natürlichen Gegenstücke.

    Microhooks wurden entwickelt, um die Nagelhaut der Pflanzen auf kaum-invasive Weise zu durchdringen, wodurch Pflanzen überwacht und behandelt werden können Durch das Anbringen an der Pflanze können sich die Isomalt-Mikrohaken mit dem Gefäßsystem des Blattes verbinden und, da Isomalt löslich ist, sich darin auflösen. Vergrößern / Mikrohaken wurden entwickelt, um einzudringen Pflanzenkutikula kaum invasiv, sodass Pflanzen überwacht und behandelt werden können. Durch das Anbringen an der Pflanze können sich die Isomalt-Mikrohaken mit dem Gefäßsystem des Blattes verbinden und, da Isomalt löslich ist, sich darin auflösen. IIT-Istituto Italiano di Tecnologia

    Als erste Anwendung entwarf das Team ein Gerät, das mit minimaler Invasivität in eine Pflanzenkutikula eindringen kann, wodurch die Pflanze überwacht und bei Bedarf behandelt werden kann. Die Isomalt-Mikrohaken heften sich an das Gefäßsystem der Blätter und lösen sich dann im Inneren auf, da Isomalt löslich ist.

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    Die Experimente von Fiorello et al. zeigten, dass ihre künstlichen Mikrohaken als Pflaster für gezielte, kontrollierte Freisetzung von Pestiziden, Bakteriziden oder Pharmazeutika auf die Blätter. Dies würde die Notwendigkeit einer breiten Anwendung von Pestiziden stark reduzieren. Und da sich der Putz nach dem Auftragen auflöst, entsteht kein zusätzlicher Abfall.

    Das Team hat auch Haken aus einem lichtempfindlichen Harz gedruckt und mit Sensoren für Licht, Temperatur und Luftfeuchtigkeit zu einem intelligenten zusammengesetzt Clips zur drahtlosen Überwachung der Pflanzenbegrünung. Die Clips werden an einzelnen Blättern befestigt und übertragen Daten dank einer maßgeschneiderten Computersoftware drahtlos.

    Der Prototyp erwies sich als windbeständig und konnte bis zu 50 Tage lang Echtzeitmessungen durchführen. Die Geräte könnten für kleine botanische Anwendungen verwendet werden oder sie könnten skaliert werden. Zum Beispiel könnten Landwirte viele solcher Geräte verteilen, um weite Anbaugebiete besser kartieren und überwachen zu können, so die Autoren.





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