---
title: "Die CityUHK entwickelt 3D-gedruckte intelligente Materialien, die der Struktur der Stacheln von Seeigeln nachempfunden sind"
url: https://www.voxelmatters.com/de/die-cityuhk-entwickelt-3d-gedruckte-intelligente-materialien-die-der-struktur-der-stacheln-von-seeigeln-nachempfunden-sind/
date: 2026-03-08
modified: 2026-03-07
lang: de
author: "Joseph Caron-Dawe"
description: "Ein Forschungsteam der City University of Hong Kong (CityUHK) hat herausgefunden, dass die natürlich vorkommende poröse Keramikstruktur im Inneren von Seeigelstacheln bei Kontakt mit Wasser eine messbare elektrische Spannung erzeugen..."
categories:
  - "Biofabrikation"
  - "Unkategorisiert"
tags:
  - "future"
image: https://www.voxelmatters.com/wp-content/uploads/2026/03/Professor-Lu-Jian-640x479.jpg
word_count: 449
---

# Die CityUHK entwickelt 3D-gedruckte intelligente Materialien, die der Struktur der Stacheln von Seeigeln nachempfunden sind

Ein Forschungsteam der [City University of Hong Kong (CityUHK)](https://www.voxelmatters.com/cityu-hk-researchers-3d-print-bone-scaffolds-with-superelasticity/) hat herausgefunden, dass die natürlich vorkommende poröse Keramikstruktur im Inneren von Seeigelstacheln bei Kontakt mit Wasser eine messbare elektrische Spannung erzeugen kann.

Die Forscher bezeichneten diese Fähigkeit als mechanisch-elektrische Wahrnehmung, und die Entdeckung veranlasste das Team, das Phänomen mithilfe von [biomimetischem Design und 3D-Druck](https://www.voxelmatters.com/university-of-leeds-researchers-3d-print-first-ever-biomimetic-tongue-surface/) nachzubilden und zu erweitern.

Die Studie konzentrierte sich auf den Langstacheligen Seeigel (*Diadema setosum*), und die Forscher beobachteten, dass sich der Stachel innerhalb von etwa einer Sekunde drehte, wenn ein Tropfen Meerwasser auf seine Spitze fiel.

![CityUHK develops 3D printed smart materials modeled on sea urchin spine structure](https://www.voxelmatters.com/wp-content/uploads/2026/03/In-situ-observation-of-mechanoelectrical-perception-in-the-living-sea-urchin-spine-340x255.jpg)In-situ-Beobachtung der mechanisch-elektrischen Wahrnehmung im lebenden Stachel eines Seeigels

Spannungsmessungen zeigten, dass der Kontakt mit Tröpfchen ein vorübergehendes Potenzial von etwa 100 Millivolt induzierte, während fließendes Wasser stabile elektrische Signale erzeugte. Die gesamte Reaktion erfolgte innerhalb von wenigen Millisekunden, und die Reaktionsgeschwindigkeit übertraf die visuelle Wahrnehmung von Stachelhäutern um mehr als das Tausendfache.

Entscheidend ist, dass Stacheln ohne lebensfähiges Zellgewebe die gleiche Spannungsreaktion zeigten, was bestätigt, dass der Effekt eher auf der physikalischen Mikrostruktur des Materials als auf neuralem oder biologischem Gewebe beruht.

## Von der biologischen Struktur zum technischen Material

Rasterelektronenmikroskopie und Mikro-Computertomographie zeigten, dass jeder Dorn ein bikontinuierliches poröses Gerüst enthält, das als Stereom bekannt ist und entlang der Dornachse einen Gradienten in der Porengröße aufweist. Kleinere Porendurchmesser, höhere Porosität und größere spezifische Oberfläche an der Spitze verbessern die Ladungstrennung an der Fest-Flüssig-Grenzfläche, wenn Flüssigkeit durch Mikrokanäle fließt. Dies erzeugte ein Strömungspotential, das eine messbare Spannung erzeugte.

Um zu testen, ob dieses Verhalten synthetisch reproduziert werden kann, verwendete das Team den [3D-Druck mit Photopolymerisation in einem Tank](https://www.voxelmatters.com/new-double-photopolymerization-boosts-3d-printing-to-sub-micron-precision/), um biomimetische poröse Polymer- und Keramikproben mit Gradienten herzustellen. Im Vergleich zu Strukturen ohne Gradienten erzeugten die biomimetischen Designs eine dreifache Erhöhung der Ausgangsspannung und eine achtfache Erhöhung der Signalamplitude, was zeigt, dass die mechanisch-elektrische Wahrnehmung in erster Linie von der topologischen Struktur und nicht von der Materialzusammensetzung bestimmt wird.

Anschließend bauten die Forscher einen biomimetischen Metamaterial-Mechanorezeptor aus mehreren Gradienteneinheiten, der ohne externe Sensoren oder Stromversorgung in Echtzeit die Strömungsrichtung und -intensität unter Wasser erfassen kann.

## Anwendungen und Forschungskontext

„Durch biomimetisches Strukturdesign und 3D-Druck ist es uns gelungen, die Weisheit der Natur in intelligente Materialien umzusetzen“, sagte Professor Lu Jian, Dekan der Ingenieursfakultät und Lehrstuhlinhaber am Fachbereich Maschinenbau der City University of Hong Kong. „Unser Ziel bei der Herstellung biomimetischer Funktionsmaterialien ist es, dieses in der Natur vorkommende Konzept der Struktur-Funktions-Integration auf technische Systeme zu übertragen und damit den Weg für eine neue Generation selbstsensitiver intelligenter Materialien zu ebnen.“

Die Studie war eine Zusammenarbeit zwischen der CityUHK, der Hong Kong Polytechnic University und der Huazhong University of Science and Technology. Die Forscher identifizierten potenzielle Anwendungsbereiche in den Bereichen Meeresumweltüberwachung, Unterwasserforschung, Wasserressourcenmanagement, Energiespeicherung, biomedizinische Geräte und Luft- und Raumfahrttechnik.