Im Labor von Srinivasa Raghavan an der University of Maryland, USA, sind Lebensmittel normalerweise verboten. Allerdings hat sein Team k\u00fcrzlich untersucht, wie gut H\u00fchnerfleisch, Blaubeeren und Bananen an Metall- oder Graphitelektroden haften, nachdem sie kurzzeitig einem elektrischen Feld ausgesetzt wurden. Das Team hat auch verschiedene Proben von synthetischen und nat\u00fcrlichen Hydrogelen, wie beispielsweise Gelatine und Alginat, untersucht.<\/p>\n
Zusammenfassend l\u00e4sst sich sagen, dass das Ziel darin bestand, weiche Materialien mit einem hohen Wassergehalt an feste Oberfl\u00e4chen zu haften. Die Ergebnisse haben die Forscher selbst \u00fcberrascht. Nicht nur waren die Haftversuche f\u00fcr viele verschiedene Kombinationen erfolgreich, sondern der Effekt konnte auch durch die Anwendung einer entgegengesetzten Spannung r\u00fcckg\u00e4ngig gemacht werden. Die Verbindungen wiesen eine Mindesthaltbarkeit von mehreren Monaten auf – wie in der Studie dokumentiert wurde – und waren wasserbest\u00e4ndig.<\/p>\n
Die Ergebnisse der k\u00fcrzlich im Fachblatt ACS Central Science ver\u00f6ffentlichten Tests k\u00f6nnten zuk\u00fcnftig in den Bereichen Robotik, Medizin und als innovativer Batterietyp Anwendung finden. Raghavan bemerkt, dass es merkw\u00fcrdig ist, dass dieses vergleichsweise einfache Ph\u00e4nomen erst jetzt entdeckt wurde. Bisher scheint es keine systematische Untersuchung dazu gegeben zu haben. Innerhalb seines Teams stellten die Experimente jedoch einen weiteren logischen Fortschritt dar.<\/p>\n
Der Forscher erkl\u00e4rt, dass sie bereits seit langer Zeit mit Gelen und Elektrizit\u00e4t arbeiten. Unter anderem haben die Forscher herausgefunden, dass mithilfe von Elektrizit\u00e4t Hydrogele an biologischem Gewebe haften bleiben k\u00f6nnen. Wie die Forscher in der Zeitschrift Nature im Jahr 2021 berichteten, k\u00f6nnte diese Entdeckung m\u00f6glicherweise in Zukunft zur Entwicklung von Gelpflastern beitragen, die bei der Wundheilung unterst\u00fctzen.<\/p>\n
Um ihre neuen Experimente durchzuf\u00fchren, haben die Wissenschaftler Proben von wasserreichen Materialien zwischen zwei Platten aus Metall oder Graphit platziert und eine elektrische Spannung angelegt. Bei den Versuchsk\u00f6rpern handelte es sich unter anderem um Hydrogele, gesch\u00e4lte Bananen, \u00c4pfel und Weintrauben sowie um Gewebeproben von H\u00fchnern, Schweinen und Rindern. Dar\u00fcber hinaus haben die Wissenschaftler verschiedene Metalle untersucht und beobachtet, welche Auswirkungen unterschiedliche Spannungen und Elektrisierungszeiten hatten.<\/p>\n
Beispielsweise konnte eine zylinderf\u00f6rmige Hydrogelprobe auf Acrylamidbasis mit einer H\u00f6he von f\u00fcnf Zentimetern, einem Durchmesser von zwei Zentimetern und einem Gewicht von 30 Gramm bereits nach einer dreimin\u00fctigen Exposition bei einer Gleichspannung von f\u00fcnf Volt fest an der positiven Graphit-Elektrode haften. Die Haftung war derart fest, dass das Gel beim Versuch der Trennung zerfetzt wurde. Wenn eine Spannung mit entgegengesetztem Vorzeichen angewendet wurde, hat sich die Verbindung hingegen ohne Sch\u00e4den gel\u00f6st. Ohne weitere Interventionen konnte der Haftungseffekt der Proben \u00fcber mehrere Monate hinweg aufrechterhalten werden.<\/p>\n
Gem\u00e4\u00df der Studie wurde erw\u00e4hnt, dass das Material nicht austrocknen darf, da es sonst an der Luft schrumpft und die Verbindung sich l\u00f6st. W\u00e4hrend der Experimente hat das Team einige allgemeine Zusammenh\u00e4nge festgestellt. Sie berichten, dass die Haftkraft mit steigender Spannung, der Zeit im elektrischen Feld und der ionischen Leitf\u00e4higkeit des Gels zunimmt. Letztere kann durch Zugabe von Salz erh\u00f6ht werden. Salze setzen sich aus Ionen mit entgegengesetzter Ladung zusammen und fungieren daher als Ladungstr\u00e4ger. Ein bekanntes Beispiel daf\u00fcr ist Kochsalz, das aus positiv geladenen Natriumionen und negativ geladenen Chloridionen besteht.<\/p>\n
Jedoch konnte keine generelle Aussage dar\u00fcber getroffen werden, an welcher Elektrode welches weiche, wasserreiche Material haftet. Ein Beispiel daf\u00fcr ist, dass Tomaten, Rind- und H\u00fchnerfleisch nach der Exposition gegen\u00fcber Elektrizit\u00e4t am Pluspol haften blieben, w\u00e4hrend \u00c4pfel und Schweine am Minuspol hafteten. Im Gegensatz dazu hafteten Bananen, Zwiebeln und Kartoffeln sowohl an den Metall- als auch an den Graphitelektroden, ebenso wie ein Gel aus Gelatine. Nachdem diese Verbindungen hergestellt wurden, konnten sie auch durch eine Umkehr der Spannung nicht mehr gel\u00f6st werden.<\/p>\n
Bei anderen getesteten Materialien wie Weintrauben, Blaubeeren oder Gurken konnte kein Klebeeffekt beobachtet werden. Die Wissenschaftler haben den Verdacht ge\u00e4u\u00dfert, dass dies auf einen niedrigen Salzgehalt und damit auf einen Mangel an elektrisch leitf\u00e4higen Ionen zur\u00fcckzuf\u00fchren ist. Zudem wurden auch Unterschiede zwischen den verschiedenen Metallen festgestellt. Nach Anlegen einer Gleichspannung hafteten Kupfer, Blei und Zinn beispielsweise mit dem Gel auf Acrylamidbasis zusammen, w\u00e4hrend Nickel, Eisen, Zink und Titan keine Haftung zeigten.<\/p>\n
Die Forscher schlie\u00dfen darauf, dass dieses Ph\u00e4nomen mit den elektrochemischen Vorg\u00e4ngen an den Grenzfl\u00e4chen in Verbindung stehen muss. Die Metalle, die den Haftungseffekt aufweisen, sind von h\u00f6herer Edelheit im Vergleich zu anderen und geben Elektronen nicht so leicht ab. Die Hypothese der Forscher besagt, dass die angelegte Spannung haupts\u00e4chlich oxidierend auf das Gel wirkt, was den Klebeeffekt verursacht.<\/p>\n
Das Konzept der Elektroadh\u00e4sion ist schon seit l\u00e4ngerem bekannt. Schon in den 1920er Jahren berichteten die d\u00e4nischen Ingenieure Frederik Alfred Johnsen und Knud Rahbek, dass bestimmte por\u00f6se Materialien durch elektrische Polarisation an Metallen haften bleiben. Um ihre Experimente durchzuf\u00fchren, nutzten sie hohe elektrische Spannungen. Aufgrund dieser Interaktionen luden sich die Materialien an den Grenzfl\u00e4chen mit entgegengesetzten elektrischen Ladungen auf und zogen sich dann \u00e4hnlich den Polen eines Magneten aneinander.<\/p>\n
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