Droploide bilden dynamische Strukturen
Neuartiges Konzept für Mikromotoren aus Kolloidpartikeln.
Ein deutsch-schwedisches Physikerteam um Jens Christian Grauer von der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf untersuchte ein spezielles System kolloidaler Teilchen, das sie mit Laserlicht anregten. Darin bilden sich selbst angetriebene Tröpfchen, die die Forschenden „Droploide“ nannten. Im Forschungsprojekt ging es um die Kombination verschiedener Atome und größerer Teilchen und wie sich diese gegenseitig beeinflussen – letztlich ein typisches Beispiel, wie die uns umgebende Materie komponiert ist. Die Forscher erweiterten das Kombinationsprinzip um zusätzliche Rückkopplungsprozesse und schufen so neuartige dynamische Strukturen. Es handelt sich dabei um positive Rückkopplungsschleifen.
Konkret kombinierten sie zwei verschiedene Typen von Kolloidpartikeln – Teilchen oder Tröpfchen in einem Dispersionsmedium – in einem Flüssigkeitsbad. Dieses Bad bestrahlten sie mit Lasern, deren Licht in der Nähe der Teilchen die Flüssigkeit an den kritischen Punkt brachte. Dort sind die Fluktuationen besonders stark, wodurch sich tröpfchenartige Strukturen ausbilden können, die wiederum die Partikel einschließen. Innerhalb der Tröpfchen heizen sich die beiden Kolloidteilchensorten unterschiedlich stark auf. Hieraus resultieren letztlich effektive Kräfte, die das fundamentale Newtonsche Prinzip (actio = reactio) verletzen und so die Tröpfchen vorwärts schieben.
Die Kolloidpartikel bewirken also zum einen die Ausbildung von Tröpfchen, die die Kolloide einsperren und die zum anderen von den Teilchen angetrieben werden. Durch diese Rückkopplungsschleife entstehen neuartige Superstrukturen mit einem selbstorganisierten kolloidalen Motor; die Forscher tauften sie „Droploids“, eine Schöpfung aus den Wörtern „droplets“ und „colloids“. Das Forschungsteam kombinierte theoretische und experimentelle Ansätze: Während in Düsseldorf und Darmstadt das System modelliert wurde, konnten die Kollegen aus Göteborg die Ergebnisse am realen Experiment verifizieren und damit die theoretischen Modelle bestätigen.
Hartmut Löwen von der Universität Düsseldorf sagt: „Es ist wichtig, dass der Vorgang komplett durch Laserbeleuchtung kontrolliert wird. So kann das System für verschiedene Anwendungsmöglichkeiten flexibel von außen gesteuert werden.“ Benno Liebchen von der TU Darmstadt erläutert weiter, was man mit den Droploiden anfangen kann: „Neben der Begründung eines neuartigen Konzepts für Mikromotoren könnten die Droploide und die beteiligten Wechselwirkungen als wichtige Zutaten zur Erzeugung zukünftiger biomimetischer Materialien dienen.“
HHU / JOL
