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Künstliche Chamäleonhaut : Ein Material, das kommunizieren kann

Chamäleons können rasch ihre Hautfarbe ändern und reagieren damit auf Helligkeit, Wärme oder auf Artgenossen. Hier ein Pantherchamäleon, fotografiert auf Madagaskar. Bild: dpa

Eine Nachbildung der Chamäleonhaut kann wie das Original die Farbe wechseln. Das Material hat sensorische Fähigkeiten und bietet damit ein vielseitiges Anwendungspotential.

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          Chamäleons beeindrucken durch ihre schillernde Farbigkeit, die sie rasch wechseln und der Umgebung anpassen können. Perfekt beherrscht diese Fähigkeit das auf Madagaskar beheimatete Pantherchamäleon, Furcifer pardalis. Die Änderung ihrer Hautfarbe nutzen die Tiere außer zum Tarnen auch zur Kommunikation und zum Schutz vor Überhitzung. Nicht nur Biologen, auch Materialwissenschaftler sind von den Eigenschaften der Chamäleonhaut fasziniert und versuchen diese für ihre Zwecke zu nutzen. Nun haben Forscher von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften in der ostchinesischen Stadt Ningbo eine künstliche Chamäleonhaut entwickelt, die sensorische Fähigkeiten besitzt.

          Manfred Lindinger
          Redakteur im Ressort „Natur und Wissenschaft“.

          Es war lange ein Rätsel, wie es Chamäleons gelingt, ihr Antlitz innerhalb kürzester Zeit zu ändern. Heute weiß man, dass der spektakuläre Farbwechsel nicht von Pigmenten, sondern durch lichtaktive Kristalle aus Guanin hervorgerufen wird. Diese befinden sich im Inneren besonderer Hautzellen, die das Umgebungslicht reflektieren können. Abhängig davon, welchen Abstand die Kristalle zueinander haben, werden die Wellenlängen des einfallenden Lichtes unterschiedlich stark gebrochen.

          Die Farbe der künstlichen  Haut ändert sich bei Anwesenheit von basischem Ammoniak von violett (Mitte) zu grün (links), bei einer Temperaturerhöhung  in Richtung dunkelblau (rechts).
          Die Farbe der künstlichen Haut ändert sich bei Anwesenheit von basischem Ammoniak von violett (Mitte) zu grün (links), bei einer Temperaturerhöhung in Richtung dunkelblau (rechts). : Bild: Chinesische Akademie der Wissenschaften

          Gesteuert wird das unter anderem durch den Erregungszustand der Tiere. Die chinesischen Forscher haben nun eine künstliche Chamäleonhaut geschaffen, die einen ähnlichen Farbeffekt zeigt  wie das Original, wenn es einem Reiz ausgesetzt wird. Das Material ist in der Lage, über einen großen Spektralbereich zu fluoreszieren, schreiben Tao Chen und seine Kollegen in der Fachzeitschrift Physical Science.

          Vielfarbige Hydrogelhäute als Sicherheitsmerkmale

          Die Rolle der Chamäleonhaut übernehmen weiche und feuchte Polymere, sogenannte Hydrogele, die die Forscher zu  zentimetergroßen Scheiben oder anderen flachen Objekten  heranwachsen lassen können. Der Hydrogelkern ist von zwei dünnen polymeren Schichten umhüllt.Kern und äußere Schichten enthalten Farbstoffe, die in rot, grün oder blau fluoreszieren, wenn sie ultraviolettem Licht ausgesetzt werden. Dieser Ansatz habe den Vorteil, dass man den Aufwand bei der Herstellung einer  Matrixstruktur umgeht, so die Forscher.

          Eine Garnele die längere Zeit bei 30 Grad aufbewahrt wurde.
Aufgrund der zunehmend basischeren Umgebung verfärbt sich die ursprünglich violette künstlichen Chamäleonhaut grün. Verursacht wird der Farbwechsel von Bakterien, die Ammoniak freisetzen.
          Eine Garnele die längere Zeit bei 30 Grad aufbewahrt wurde. Aufgrund der zunehmend basischeren Umgebung verfärbt sich die ursprünglich violette künstlichen Chamäleonhaut grün. Verursacht wird der Farbwechsel von Bakterien, die Ammoniak freisetzen. : Bild: Chinesische Akademie der Wissenschaften

          Die Hydrogele  sind mit Seitenketten versehen, die auf eine Änderung der Umgebungstemperatur und die chemischen Bedingungen reagieren. Das hat zur Folge, dass sich die Wellenlänge des Fluoreszenzlichts verschiebt, wenn es wärmer   oder das umgebende Medium basischer oder saurer wird. Getestet haben die Forscher die sensorischen Fähigkeiten ihrer Haut  an Fischproben, die bei verschiedenen Temperaturen aufbewahrt wurden.

          In Gegenwart etwa einer bereits verdorbenen Garnele trat eine Verfärbung von violett nach grün auf. Verursacht wurde die Farbänderung von Bakterien, die Ammoniak freisetzten, was den Säuregrad veränderte. Die Forscher können aber auch vielfarbige Hydrogelhäute herstellen. Diese könnten als Sicherheitsmerkmale dienen, aber auch als Haut für Roboter. Maschinen könnten sich nach Art der Chamäleons tarnen, über Farbänderungen kommunizieren oder sich vor Überhitzung schützen.

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