24.09.2020 • Materialwissenschaften

Gesteuerte Dynamik von Kolloidstäbchen

Grundlagen für Mini-Laboratorien auf Chips entwickelt.

Kolloidale Partikel sind als Vehikel biochemischer Wirkstoffe für die Forschung immer wichtiger geworden. Künftig lässt sich ihr Bewegungs­verhalten effizienter als bisher studieren, wenn man sie auf einem magneti­sierten Chip platziert. Wie ein Forschungs­team der Uni Bayreuth heraus­gefunden hat, lassen sich kolloidale Stäbchen schnell und präzise in verschiedene Richtungen auf dem Chip bewegen. Ein vor­pro­gram­miertes Magnetfeld ermöglicht dabei die Gleich­zeitig­keit dieser gesteuerten Bewegungen​.

Abb.: Modell der unter­schied­lich langen Kolloid­stäbchen, die sich auf...
Abb.: Modell der unter­schied­lich langen Kolloid­stäbchen, die sich auf einem magne­ti­sierten Chip bewegen. (Bild: A. Ernst, U. Bayreuth)

Einzelne kugelförmige kolloidale Partikel bilden zunächst die Bausteine für Stäbchen unter­schied­licher Länge. Die Partikel werden so zusammen­gefügt, dass die Stäbchen in der Lage sind, sich wie auf­ge­richtete Figuren auf einem magneti­sierten Chip in verschiedenen Richtungen zu bewegen – scheinbar wie von selbst, tatsächlich aber in Abhängigkeit von den Eigen­schaften des Magnet­felds. In einem weiteren Schritt ist es den Wissen­schaftlern gelungen, unter­schied­lich gerichtete Bewegungen so zu steuern, dass sie simultan verlaufen. Entscheidend hierfür ist die Program­mierung des Magnet­felds mit Hilfe eines mathe­ma­tischen Codes, der in ver­schlüs­selter Form alle von den Figuren auszu­führenden Bewegungen vorzeichnet. Werden diese Bewegungen zeitgleich ausge­führt, nehmen sie bis zu zehn Mal weniger Zeit in Anspruch, als wenn sie nachein­ander ausge­führt werden.

„Die Simultanität verschieden gerichteter Bewegungen macht die Erforschung der kolloidalen Partikel und ihrer Dynamik erheblich effizienter“, sagt Team-Mitglied Adrian Ernst. Und seine Kollegin Mahla Mirzaee-Kakhki ergänzt: „Miniatu­ri­sierte Labora­torien auf kleinen, wenige Zentimeter großen Chips werden in der physika­lischen Grund­lagen­forschung immer öfter ange­wendet, um Erkennt­nisse über die Eigen­schaften und die Dynamik von Materialien zu gewinnen. Unsere neuen Forschungs­ergebnisse werden diesen Trend verstärken. Weil sich kolloidale Partikel in vielen Fällen sehr gut als Vehikel von Wirk­stoffen eignen, können unsere Forschungs­ergebnisse insbesondere auch für die Biomedizin und die Biotechno­logie von Nutzen sein.“

U. Bayreuth / RK

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