Magnetische Loops kontrollieren Wachstum mikroskopischer Zweibeiner

Forscher der Uni Bayreuth haben ein neues Verfahren zur Wachstumskontrolle von physikalischen Mikro-Läufern entwickelt. Sie verwendeten ein externes Magnetfeld, um paramagnetische kolloidale Kugeln zu Stäben bestimmter Länge zusammenzubauen. Kolloidale Teilchen sind winzige Partikel im Nano- oder Mikrometerbereich, die in der Medizin unter anderem Träger von Enzymen oder Aminosäuren sein können. Diese mikroskopischen Zweibeiner ändern von selbst ihr Verhalten, sobald sie ausgewachsen sind: Dann nämlich entscheiden sie, wegzulaufen. Hierzu ist kein Eingreifen von außen notwendig. Trotzdem ist ihr Verhalten nicht zufällig, sondern folgt dem Plan der Wissenschaftler.

Entwickelt wurde eine Wachstumskontrolle der Struktur, um die gewünschte Länge zu erreichen. Das ist eine technisch relevante Forschungsfrage und kann von großem Nutzen in Lab-on-a-chip-Devices und der medizinischen Diagnostik sein. Das Team hat eine mikroskopische Fabrik für kleine Läufer entwickelt, eine Zweibeiner-Fabrik. Dort werden Mikrokugeln mittels magnetischer Kräfte zu Zweibeinern verbunden und verlassen die Fabrik, sobald sie ausgewachsen sind.

Das wird mittels eines magnetischen Metamorphosen-Musters aus entgegengesetzt magnetisierten Flächen umgesetzt, die je nach Position unterschiedlich angeordnet sind. Paramagnetische Mikrokugeln werden auf dem Muster platziert, und ein externer zeitabhängiger magnetischer Loop wird auf das System angewandt. Dieser wird so gewählt, dass sich die Partikel während einer zeitlichen Periode eine oder mehrere räumliche Perioden lang bewegen. Mit einem passend designten Loop können unterschiedliche Partikel sogar in unterschiedliche Richtungen transportiert werden, sodass sie sich treffen und zu Stäben unterschiedlicher Längen verbinden. Sobald diese zur gewünschten Länge ausgewachsen sind, verlassen sie selbstständig die Fabrik und laufen als Zweibeiner über das Muster.

U. Bayreuth