Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Flexibler Schlangenpanzer

15.08.2012
Biologie könnte verschleißminimierte Systeme in der Technik inspirieren

Schlangen sind hochspezialisierte „beinlose“ Tiere, die vor 150 Millionen Jahren entstanden sind. Ohne Extremitäten ist ihr Körper allerdings ständigen Reibungskräften ausgesetzt.

Die Doktorandin Marie-Christin Klein und Professor Stanislav Gorb von der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) fanden jetzt heraus, wie Schlangenhaut auf die beinlose Fortbewegung spezialisiert ist: unabhängig vom Lebensraum ist sie außen steif und hart, nach innen wird sie weicher und flexibler. Ihre aktuellen Ergebnisse haben Klein und Gorb in der heutigen Ausgabe (Mittwoch, 15. August) der Fachzeitschrift „Journal of the Royal Society Interface” veröffentlicht.

Schlangen bewohnen alle großen Ökosysteme außerhalb der Polarregionen. Sie schaffen es, auf Bäume zu klettern oder sich unter die Erdoberfläche zu graben. Dabei muss die Haut einer Schlange zwei bis drei Monate halten, bis das Häuten einsetzt. „Die Schlangenhaut muss also gegen Verschleiß optimiert sein“, nahm Marie-Christin Klein zu Beginn ihrer Forschung an. Gemeinsam mit Stanislav Gorb untersuchte sie die Haut von vier Schlangenarten.

Die Sandboa (Gongylophis colubrinus), die Kettennatter (Lampropeltis getula californiae), die Regenbogenboa (Epicrates cenchria cenchria) und die Grüne Baumpython (Morelia viridis) besiedeln verschiedene Lebensräume von der Wüste bis hin zu tropischen Bäumen. „Mithilfe dieser vier Arten haben wir herausgefunden, dass die Haut-Architektur je nach Lebensraum sehr unterschiedlich ist.

Alle weisen aber einen Gradienten der Materialeigenschaften auf. Das heißt, obwohl die Schlangenhaut von Art zu Art unterschiedlich dick und unterschiedlich strukturiert ist, sind trotzdem alle Häute außen steif und hart und werden nach innen hin weich und flexibel“, erklärt Klein ihre Entdeckung, die ihre Vermutung auf verschleißoptimierte Schlangenhaut bestätigt. Die vier Schlangenarten erreichen diesen mechanischen Effekt zum Beispiel durch verschiedene Zelltypen. Eine Art hat eine dickere Haut mit runden Zellen, die zweite eine dünnere Haut mit länglichen Zellen. „Dies spricht für eine funktionelle Anpassung an eine beinlose Fortbewegung, welche sich für Schlangen in sowohl trockenen als auch in feuchten Gebieten entwickelt hat“, sagt Klein.

Dieses Forschungsgebiet sei noch weitgehend unberührt, berichtet Klein weiter. „Es ist bekannt, wie die Schlangenhaut im Allgemeinen aufgebaut ist, jedoch hat noch niemand untersucht, welche Auswirkungen dies auf die mechanischen Materialeigenschaften hat. Ein Material, das einen Übergang von einer steifen Außenseite zu einer flexibleren Innenseite hat, kann die einwirkende Kraft über eine größere Fläche verteilen und den punktuellen Druck verringern. Solche Materialien sind wie ein flexibler Panzer.“
Mögliche Anwendungsgebiete dieses Prinzips liegen im Bereich der Medizintechnik. Hier könnte beispielsweise Reibung in künstlichen Prothesen optimiert werden. Des Weiteren könnte der Antriebs- und Fördertechnikmarkt von den verschleißminimierenden Erkenntnissen profitieren, da weniger Schmierstoffe eingesetzt werden müssten. Das Reibungssystem der Schlangenhaut sei hierfür ein wichtiges Modell, welches in der Bionikforschung an der Kieler Universität (Abteilung Spezielle Zoologie, Professor Stanislav N. Gorb) für die Entwicklung neuartiger sowie für die Optimierung bereits vorhandener Materialien in Zusammenhang mit Reibung und Verschleiß genutzt wird.

Originalpublikation:
“Epidermis architecture and material properties of the skin of four snake species”
J. R. Soc. Interface rsif20120479; published ahead of print August 15, 2012, 1742-5662.
http://rsif.royalsocietypublishing.org/content/early/2012/08/13/
rsif.2012.0479.abstract

Bilder stehen zum Download bereit:

www.uni-kiel.de/download/pm/2012/2012-230-1.jpg
Bildunterschrift: Forschungsobjekt: Schlangenhaut. Marie-Christin Klein, Doktorandin an der Kieler Universität erforscht, wie sich Schlangenhaut gegen Reibung schützt.
Copyright: CAU, Foto: Claudia Eulitz

http://www.uni-kiel.de/download/pm/2012/2012-230-2.jpg
Bildunterschrift: Sandboa, Gongylophis colubrinus.
Copyright: CAU, Foto: Marie Klein-Christin Klein

www.uni-kiel.de/download/pm/2012/2012-230-3.jpg
Bildunterschrift: Kettennatter, Lampropeltis getula californiae.
Copyright: CAU, Foto: Marie Klein-Christin Klein

www.uni-kiel.de/download/pm/2012/2012-230-4.jpg
Bildunterschrift: Regenbogenboa, Epicrates cenchria cenchria.
Copyright: CAU, Foto: Claudia Eulitz

www.uni-kiel.de/download/pm/2012/2012-230-5.jpg
Bildunterschrift: Grüne Baumpython, Morelia viridis.
Copyright: CAU, Foto: Marie Klein-Christin Klein

www.uni-kiel.de/download/pm/2012/2012-230-6.jpg
Bildunterschrift: Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme eines Querschnitts von der Bauchschuppe einer Kettennatter.
Copyright: CAU, Foto: Marie Klein-Christin Klein

www.uni-kiel.de/download/pm/2012/2012-230-7.jpg
Bildunterschrift: Die Abbildung zeigt die Kraftverteilung bei einem Material mit und ohne Gradient bei gleichem Druck.
Copyright: CAU, Foto: Marie Klein-Christin Klein


Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
Presse und Kommunikation, Dr. Boris Pawlowski,
Redaktion: Claudia Eulitz,
Text: Marie-Christin Klein
Postanschrift: D-24098 Kiel,
Telefon: (0431) 880-2104, Telefax: (0431) 880-1355
E-Mail: presse@uv.uni-kiel.de

Marie-Christin Klein | Uni Kiel
Weitere Informationen:
http://www.uni-kiel.de
http://www.uni-kiel.de/aktuell/pm/2012/2012-230-schlangen.shtml

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Symbiose-Bakterien: Vom blinden Passagier zum Leibwächter des Wollkäfers
28.04.2017 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz

nachricht Forschungsteam entdeckt Mechanismus zur Aktivierung der Reproduktion bei Pflanzen
28.04.2017 | Universität Hamburg

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: TU Chemnitz präsentiert weltweit einzigartige Pilotanlage für nachhaltigen Leichtbau

Wickelprinzip umgekehrt: Orbitalwickeltechnologie soll neue Maßstäbe in der großserientauglichen Fertigung komplexer Strukturbauteile setzen

Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Bundesexzellenzclusters „Technologiefusion für multifunktionale Leichtbaustrukturen" (MERGE) und des Instituts für...

Im Focus: Smart Wireless Solutions: EU-Großprojekt „DEWI“ liefert Innovationen für eine drahtlose Zukunft

58 europäische Industrie- und Forschungspartner aus 11 Ländern forschten unter der Leitung des VIRTUAL VEHICLE drei Jahre lang, um Europas führende Position im Bereich Embedded Systems und dem Internet of Things zu stärken. Die Ergebnisse von DEWI (Dependable Embedded Wireless Infrastructure) wurden heute in Graz präsentiert. Zu sehen war eine Fülle verschiedenster Anwendungen drahtloser Sensornetzwerke und drahtloser Kommunikation – von einer Forschungsrakete über Demonstratoren zur Gebäude-, Fahrzeug- oder Eisenbahntechnik bis hin zu einem voll vernetzten LKW.

Was vor wenigen Jahren noch nach Science-Fiction geklungen hätte, ist in seinem Ansatz bereits Wirklichkeit und wird in Zukunft selbstverständlicher Teil...

Im Focus: Weltweit einzigartiger Windkanal im Leipziger Wolkenlabor hat Betrieb aufgenommen

Am Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) ist am Dienstag eine weltweit einzigartige Anlage in Betrieb genommen worden, mit der die Einflüsse von Turbulenzen auf Wolkenprozesse unter präzise einstellbaren Versuchsbedingungen untersucht werden können. Der neue Windkanal ist Teil des Leipziger Wolkenlabors, in dem seit 2006 verschiedenste Wolkenprozesse simuliert werden. Unter Laborbedingungen wurden z.B. das Entstehen und Gefrieren von Wolken nachgestellt. Wie stark Luftverwirbelungen diese Prozesse beeinflussen, konnte bisher noch nicht untersucht werden. Deshalb entstand in den letzten Jahren eine ergänzende Anlage für rund eine Million Euro.

Die von dieser Anlage zu erwarteten neuen Erkenntnisse sind wichtig für das Verständnis von Wetter und Klima, wie etwa die Bildung von Niederschlag und die...

Im Focus: Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität

Neue Erfindung der Universitäten Bielefeld und Tromsø (Norwegen)

Physiker der Universität Bielefeld und der norwegischen Universität Tromsø haben einen Chip entwickelt, der super-auflösende Lichtmikroskopie, auch...

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Internationaler Tag der Immunologie - 29. April 2017

28.04.2017 | Veranstaltungen

Kampf gegen multiresistente Tuberkulose – InfectoGnostics trifft MYCO-NET²-Partner in Peru

28.04.2017 | Veranstaltungen

123. Internistenkongress: Traumata, Sprachbarrieren, Infektionen und Bürokratie – Herausforderungen

27.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Über zwei Millionen für bessere Bordnetze

28.04.2017 | Förderungen Preise

Symbiose-Bakterien: Vom blinden Passagier zum Leibwächter des Wollkäfers

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie

Wie Pflanzen ihre Zucker leitenden Gewebe bilden

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie