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WERKSTOFFE
Die Mechanismen hinter der wachsartigen Hautschicht von Efeublättern liefern Ideen für aktive Verpackungsmaterialien.
Interaktive Materialien
Vom Blatt zur Verpackung Forschende am Adolphe-Merkle-Institut (AMI) der Universität Freiburg (im Üechtland) haben herausgefunden, wie Umweltbedingungen den Wassertransport durch die wachsartige Hautschicht von Efeu- und Olivenblättern beeinflussen, und diese Funktion erfolgreich in künstlichen Membranen nachgeahmt. Ihre Entdeckungen könnten zur Entwicklung aktiver Verpackungsmaterialien und adaptiven Barriereschichten für weitere Anwendungen führen.
Die Kutikula – ein dünnes Häutchen über der äussersten Zellschicht – dient Landpflanzen vor allem als schützende Membran und bewahrt diese vor dem Austrocknen. Während seit langem bekannt war, dass die Kutikulas von Efeu- und Olivenblättern asymmetrische Strukturen aufweisen, war bisher unklar, wie diese Architek-
turen den Wassertransport beeinflussen. Um ein besseres Verständnis für die Funktion dieser biologischen Membranen zu entwickeln und mit dem Ziel, diese in künstlichen Materialien nachzuahmen, haben sich Forscher der AMI-Gruppe Polymerchemie und Materialien unter der Leitung von Prof. Christoph Weder mit dem
Ein interdisziplinäres Netzwerk Das Projekt wurde von der Europäischen Kommission durch das Netzwerk Plant-Inspired Materials and Surfaces (PlaMatSu) gefördert. In dem Projekt arbeiteten drei Institutionen auf dem Gebiet der bioinspirierten Materialien zusammen: das AMI, die Universität Freiburg (im Breisgau) und die University of Cambridge (UK). PlaMatSu brachte Pflanzenbiologen, Polymerchemiker und Physiker der weichen Materie zusammen, um auf fundamentaler Ebene die Struktur und die Eigenschaften multifunktionaler pflanzlicher Kutikulas zu untersuchen, aber auch um neuartige künstliche Materialien und Oberflächen zu schaffen, die auf den Funktionsprinzipien der Kutikulas basieren. Dieses Ausbildungsnetzwerk bot neun Doktoranden die Möglichkeit, ihre akademische Ausbildung in einem internationalen multidisziplinären Rahmen zusammen mit zeitlich begrenzten Industriepraktika zu absolvieren. Ziel des Programms war es, wissenschaftliche Exzellenz und unternehmerische Innovation zu fördern sowie die Karriereaussichten der Forscherinnen und Forscher durch die Entwicklung ihrer Fähigkeiten in Unternehmertum, Kreativität und Innovation zu verbessern.
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Pflanzenbiologen Prof. Lukas Schreiber von der Universität Bonn zusammengetan. Die Wissenschaftler isolierten Kutikulas aus Oliven- und Efeublättern und charakterisierten deren Strukturen und Wassertransporteigenschaften. Ausserdem stellten sie künstliche Nanokomposit-Membranen her, welche die asymmetrische Architektur dieser natürlichen Schutzschichten und deren Funktion imitieren.
Intelligenter Mechanismus zur Wasserregulierung Die Forschenden zeigten, dass die asymmetrische Architektur beider Membrantypen zu gerichteten Wassertransporteigenschaften führen kann, das heisst zu einer höheren Wasserdurchlässigkeit in einer der beiden Richtungen. Sie fanden zudem heraus, dass der Wassertransport beider Membranen durch ihren Hydratationsstatus reguliert wird: Bei trockener Umgebung wird die Wasserdurchlässigkeit durch die natürlichen Kutikulas reduziert, was den Pflanzen hilft, Wasser zu speichern. Bei Nebel und Regen schwellen die Kuti5/2021
