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Die biologische Bedeutung des Lotus-Effekts ist experimentell noch unzureichend erforscht. Allerdings erscheint eine Reihe von Annahmen plausibel:
Unverschmutzbarkeit bedeutet für Pflanzen einen Schutz vor Besiedlung mit Mikroorganismen und teilweise auch Krankheitserregern [ 4 ]. Pilzsporen werden von den pflanzlichen Oberflächen gespült, bevor sich die Hyphen in das pflanzliche Gewebe senken können. Ein Bewuchs mit Algen könnte die Photosyntheseleistung der Blätter herabsetzen. Auf durch den Lotus-Effekt trockenen Oberflächen können sie sich jedoch nicht etablieren.
Ähnliches gilt für manche tierische Oberflächen. Die Flügel großer Insekten wie Libellen oder Schmetterlinge zeigen einen Lotus-Effekt, der ihre Sauberkeit auch dort sicherstellt, wo die Insekten Verunreinigungen nicht wie üblich mit Hilfe ihrer Beine entfernen können.
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In den letzten Jahren sind bereits marktfähige und erfolgreiche Produkte entwickelt worden, z.B. Dachziegel und Fassadenfarben. Die Farbe "Lotusan" wird bereits weltweit sehr erfolgreich eingesetzt. Und die Vorteile einer solchen Beschichtung liegen auf der Hand. Die Fassaden werden durch jeden Regen von Ruß und anderen Schmutz gesäubert und da die Oberflächen trocken bleiben, können sich keine Schimmelpilze ansiedeln, obwohl auf die umweltschädigenden Biozide verzichtet werden konnte. Dachziegel mit mikrostrukturierter Oberfläche reinigen sich bei jedem Regenschauer. Die Vorteile unverschmutzbarer technischer Oberflächen sind bestechend: dauerhaft attraktiv sauber ohne Anwendung kostenintensiver und umweltbeeinträchtigender Reinigungsmittel. Der Fantasie, wo überall solche Oberflächen nützlich sein könnten, sind kaum Grenzen gesetzt (Dächer, Autos, Flugzeuge, Verkehrsschilder,...), der technischen Herstellung leider schon.
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Natürlich mikrostrukturierte Oberflächen sind äußerst empfindlich (man denke an den bereits zitierten Reif einer Weinbeere). Entweder funktionieren sie wegen der relativen Kurzlebigkeit der pflanzlichen oder tierischen Organe oder auf der Grundlage der Regenerationsfähigkeit dieser lebenden Systeme. Für die technische Nutzung dieser natürlichen Selbstreinigung ist meist die Herstellung einer dauerhaften mikrostrukturierten Oberfläche notwendig. Für Kunststoffe ist der Einsatz von hydrophoben Nanopartikeln (also wasserabstoßenden Partikeln im Größenbereich von Millionstel mm) am aussichtsreichsten, zumal bei Abnutzung wegen der Freilegung jeweils tieferliegender Nanopartikel der Lotus-Effekt nicht zwangläufig verloren geht.
Zur Zeit wird intensiv an der Entwicklung von Kunststofffolien mit Lotus-Effekt gearbeitet. Sie können auch mit der sogenannten Prägetechnologie hergestellt werden, bei der eine Oberfläche durch eine Nanostruktur direkt geformt wird. Allerdings sind die Kosten noch sehr hoch, und das Verfahren eignet sich nicht für dreidimensionale Körper.
Auch temporäre Beschichtungen, welche den Lotus-Effekt nur für eine kurze Zeit erzeugen, werden entwickelt. Ein solches Spray kann man einsetzten, um z.B. für Gartenmöbel einzusprühen. Sie können dann den Winter über draußen verbleiben können, ohne zu verschmutzen oder zu korrodieren. Nach dem Winter kann die schützende Schicht mit einem Tuch wieder leicht abgerieben werden.
Weitere Informationen: www.botanik.uni-bonn.de/system/lotus/de/lotus_effect_html.html
[1] Barthlott, W./Neinhuis, C.: Purity of the sacred lotus, or escape from contamination in biological surfaces. Planta 202 (1997), S. 1-8
[2] Barthlott, W.: Cuticular surfaces in plants. Progress in Botany 51 (1989): S. 49-54
[3] Neinhuis, C./Barthlott, W. : Characterization and distribution of water-repellent, self-cleaning plant surfaces. Annals of Botany 79 (1997): S. 667-677
[4] Barthlott, W./Neinhuis, C.: Lotus-Effekt und Autolack: Die Selbstreinigung mikrostrukturierter Oberflächen. Biologie in unserer Zeit 28 (1998): 314-321
Die Erforschung von natürlichen Verfahren und Prinzipien mit einer anschließenden Umsetzung in technische Anwendungen sind das Arbeitsgebiet der Bionik. Die Bezeichnung ist ein Zusammenschluss aus den Begriffen Biologie und Technik. Diese junge Wissenschaftsdisziplin birgt ein großes Potenzial für die Industrie. Die Vorteile der natürlichen Vorbilder sind vielfältig. Die Natur nutzt schonende Verfahren und nur biologisch abbaubare Rohstoffe. Trotzdem erfüllt sie fast mühelos viele Aufgaben und bewältigt alltägliche Probleme, für deren Lösung die Technik bis heute viel Energie und Ressourcen einsetzen muss. Einige natürliche Vorbilder sind sogar bis Heute absolut unerreicht. Nur neidisch kann die Nanotechnologie auf die vielen tausend Prozesse in einer einzigen Zelle schauen, die wie eine winzige Fabrik perfekt funktionieren.
Ein erfolgreiches Beispiel für die Bionik stellt der "Lotus-Effekt" dar. Viele andere Entwicklungen, die aus der Natur hervorgehen, sind in der Öffentlichkeit weniger bekannt, aber nicht minder beeindruckend. Inzwischen gibt es z.B. Computer-programme, die Wachstumsprinzipien von Knochen und Bäumen nutzen, um möglichst stabile und dabei material- und damit gewicht- und verbrauchssparende Autoteile zu konstruieren.
Mittlerweile hat die Politik das Potenzial der Bionik erkannt und fördert die Schaffung von Hochschulprogrammen und anderen Aktivitäten. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung finanziert mit 2,4 Mio.€ die Einrichtung eines deutschlandweiten Bionik-Kompetenz-Netzwerks. Daran beteiligt sind die TU Berlin mit Prof. Rechenberg und die Universität Saarland, vertreten durch Herrn Prof. Nachtigall, die als Begründer der Bionik in Deutschland die Förderung überhaupt erst ermöglich haben. Neben Bonn sind auch die Knotenpunkte Karlsruhe, Münster und Ilmenau beteiligt. Die Aufgaben des Netzes bestehen darin, die deutschlandweiten Kompetenzen zusammenzuführen und das "bionische Wissen" für Industrie, Wissenschaft und Öffentlichkeit zu bündeln und zur Verfügung zu stellen.
Weitere Informationen unter www.lotus-effekt.de und www.bionik-netz.de
Jürgen Nieder [ jnieder@uni-bonn.de ]
[ netSCHOOL homepage ]
[ Lotus-Effekt Übersicht ]
[ 
netSCHOOL Redaktion ]
2003
