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.
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
