Hoe gekkopootjes plakkerig blijven

Gekko’s hebben veel producten geïnspireerd, waaronder plakband met setae-achtige microstructuren. Het begrijpen van de moleculaire kenmerken van setae kan ertoe leiden dat uitvinders van biomimicry met nog betere ontwerpen komen.

"Je kunt je gekkolaarzen voorstellen die niet wegglijden op natte oppervlakken, of gekkohandschoenen voor het vasthouden van gereedschap dat nat is", zegt natuurkundige en co-auteur Dan Fischer van het Amerikaanse National Institute of Standards and Technology (Nist). "Of een voertuig dat tegen muren op kan rijden, of een robot die langs hoogspanningsleidingen kan rijden en die kan inspecteren."

Onderzoekers van het Nist analyseerden het oppervlak van de setae met behulp van de hoogenergetische röntgenstralen van een synchrotron. De synchrotronmicroscoop toonde aan dat de lipidemoleculen het oppervlak van de setae in dichte, geordende reeksen bekleden.

Setae bieden kleefkracht omdat ze flexibel zijn en de microscopische contouren aannemen van het oppervlak dat de gekko beklimt. Zelfs kleinere structuren aan de uiteinden van de setae, spatels genaamd, maken zo nauw contact met het klimoppervlak dat elektronen in beide materialen op elkaar inwerken, waardoor van der Waals-krachten ontstaan. Om zijn voet los te laten, die anders vast zou blijven zitten, verandert de gekko de hoek van de setae, waardoor die krachten worden onderbroken en het dier zijn volgende stap kan zetten.

Lipiden kunnen een rol spelen in dit proces omdat ze hydrofoob zijn. "De lipiden zouden kunnen werken om water onder de spatels weg te duwen, waardoor ze nauwer contact kunnen maken met het oppervlak", zegt natuurkundige en co-auteur Tobias Weidner van de Universiteit van Aarhus in Denemarken. "Dit zou gekko’s helpen hun grip op natte oppervlakken te behouden."

De setae en spatels zijn gemaakt van een soort keratine-eiwit dat vergelijkbaar is met dat van mensenhaar en vingernagels. Ze zijn uiterst delicaat. De onderzoekers toonden aan dat de keratinevezels zijn uitgelijnd in de richting van de setae, wat hen zou kunnen helpen weerstand te bieden tegen slijtage.

"Het meest opwindende voor mij aan dit biologische systeem is dat alles perfect is geoptimaliseerd op elke schaal, van macro tot micro tot moleculair", zegt bioloog en co-auteur Stanislav Gorb van de Universiteit van Kiel in Duitsland. "Dit kan biomimetische ingenieurs helpen te weten wat ze vervolgens moeten doen."

Het internationale team van onderzoekers publiceerde de bevindingen in Biology Letters.