Hinweis: Das Beitragsbild wurde mit künstlicher Intelligenz erzeugt.
Winzige Härchen auf der Haut von Geckos und Chamäleons erfüllen offenbar eine bisher unbekannte Funktion. Forscher der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) haben nachgewiesen, dass diese Nanostrukturen die Verdunstung von Feuchtigkeit durch die Haut stark reduzieren. Grundlage der Anfang September 2026 im Fachjournal Biointerphases veröffentlichten Studie sind Strömungssimulationen. Die Ergebnisse könnten Konstrukteuren und Materialentwicklern neue Ansätze liefern.
Was die Simulation gezeigt hat
Die Oberfläche von Gecko-Haut ist mit sogenannten Setulae bedeckt, nanometergroßen, haarähnlichen Fortsätzen. Prof. Stanislav Gorb und sein Team modellierten diese Strukturen am Rechner und simulierten die Luftströmung darüber.
Das Ergebnis widersprach der naheliegenden physikalischen Erwartung. Eine vergrößerte Oberfläche müsste eigentlich zu stärkerer Verdunstung führen. Die Simulation zeigte jedoch das Gegenteil: Die spezifische Anordnung der Setulae hält Luft in den Zwischenräumen fest. Diese stehende Luftschicht wirkt als Barriere zwischen der Hautoberfläche und der Umgebung.
Wassermoleküle, die die Hautoberfläche verlassen, stoßen in diesem eng begrenzten Raum vielfach zurück und kehren teilweise an die Oberfläche zurück. Das rein strukturelle Design reduziert so den Feuchtigkeitsverlust, ohne chemische Zusätze oder aktive Mechanismen.
Mechanismus ohne Chemie
Grenzschicht durch Geometrie
Was die Kieler Studie von anderen bionischen Ansätzen unterscheidet: Die Wirkung entsteht ausschließlich durch die Geometrie der Oberfläche. Ein hydrophober Wirkstoff ist nicht nötig. Die Nanostruktur selbst erzeugt eine mikroskopische Grenzschicht.
In der Verfahrens- und Membrantechnik ist der Begriff der Grenzschicht geläufig. Er bezeichnet die dünne Schicht an einer Oberfläche, in der Strömungsgeschwindigkeit und Stoffaustausch stark von den Bulk-Bedingungen abweichen. Genau diesen Effekt erzeugen die Setulae der Echsen, jedoch ohne aufwendige Beschichtung.
Nächster Schritt: reale Proben
Die Simulation liefert zunächst ein theoretisches Modell. Die Forscher wollen das Prinzip im nächsten Schritt an künstlich hergestellten Oberflächen physisch testen. Dabei soll auch untersucht werden, welchen Zusatzeffekt Lipide haben, die in der natürlichen Echsenhaut eingebettet sind und die Oberfläche zusätzlich wasserabweisend machen.
Das Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen (IMWS) hatte früher gezeigt, dass kombinierte Mikro- und Nanostrukturen auf Polymeren die Haftungseigenschaften verbessern können. Der neue Befund aus Kiel ergänzt dieses Bild um eine weitere Funktion solcher Strukturen: Feuchtigkeitsregulierung.
Technische Relevanz für die Industrie
Für Konstrukteure und Produktentwickler sind die Ergebnisse aus zwei Richtungen interessant.
Zum einen zeigen sie, dass Oberflächenfunktionen durch gezielte Strukturierung erreichbar sind, ohne neue Materialien oder Chemikalien einzusetzen. Das vereinfacht Zulassung, Recycling und Kosten. Zum anderen liefert die Simulationsmethode selbst einen Ansatz: Wer Oberflächen für Membranen, Klimatechnik oder feuchtigkeitsregulierende Bauteile entwickelt, kann vergleichbare Strömungsmodelle einsetzen, um Geometrien vorab zu bewerten.
Konkrete Anwendungsfelder liegen in der Klimatisierungstechnik, bei Filtermembranen, in der Medizintechnik sowie bei Verpackungsmaterialien, bei denen kontrollierter Feuchtigkeitstransport gefragt ist. Auch für den Leichtbau in der Fahrzeugindustrie, wo Oberflächen mehrere Funktionen gleichzeitig übernehmen sollen, sind solche Erkenntnisse verwertbar.
Bis zur industriellen Umsetzung ist der Weg allerdings noch weit. Die Fertigungspräzision, die für nanometerkleine Strukturen auf technischen Bauteilen nötig ist, bleibt eine Herausforderung. Verfahren wie Nanoprägung oder Lasertexturierung sind grundsätzlich vorhanden, aber noch nicht für alle Materialklassen wirtschaftlich skaliert.
Fazit
Die CAU Kiel hat mit dieser Studie einen Mechanismus beschrieben, der in der Biologie seit Millionen Jahren funktioniert und technisch bisher ungenutzt war. Der Nachweis, dass reine Geometrie auf Nanoskala den Verdunstungsverlust bremst, hat praktische Anschlussfähigkeit. Wer in der Konstruktion, der Materialentwicklung oder der Verfahrenstechnik mit Feuchtigkeitssteuerung an Oberflächen befasst ist, sollte weitere Publikationen aus Kiel verfolgen.
