Miniflitzer mit chemischem Antrieb

Mittwoch, 7. November 2007, 15:50 • Rubrik Chemie, Physik, Technik.

Auch wenn ihre Schwimmbewegungen eher an planloses Wuseln erinnern, können sich Bakterien in der Nähe von Nährstoffquellen ansammeln und umgekehrt Giftstoffquellen meiden. Amerikanischen Chemikern ist es gelungen, dieses als Chemotaxis bezeichnete Verhalten mit verblüffend einfachen Mitteln nachahmen. Bakteriengroße Metallstäbchen aus Gold und Platin steuern in einer Lösung von Wasserstoffperoxid die Bereiche höchster Konzentration ein.

Metallstäbchen sammeln sich an einer Silberscheibe von 100 Mikrometer Durchmesser. Bild: Pennsylvania State University

Grund für das Phänomen sind chemische Reaktionen, die an den Enden der Stäbchen ablaufen. Da es sich bei dieser katalysierten Bewegung um ein relativ neues Phänomen handle, könne über mögliche Anwendungen derzeit nur spekuliert werden, betonen die Forscher um Ayusman Sen und Darrell Velegol von der Pennsylvania State University. Denkbar sei der Einsatz in Sensoren und als Antrieb von molekularen Maschinen und Wirkstoff-Frachtern.

Das Team studierte 2 Tausendstel Millimeter (Mikrometer) lange Stäbchen, deren eine Hälfte aus Gold bestand, die andere aus Platin. In einer Wasserstoffperoxidlösung setzen sich diese Stäbchen – mit dem Platinende voran – in Bewegung. Grund sind die unterschiedlichen chemischen Reaktionen, die die beiden Metalle in der Lösung katalysieren: Am Platinende entsteht Sauerstoff, am Goldende dagegen Wasser. Möglicherweise sinkt dadurch die Oberflächenspannung am Platinende, sodass die Stäbchen förmlich in diese Richtung gepresst werden.

In einer gleichförmigen Lösung schwimmen die Stäbchen allerdings wirr umher. Deutlich mehr Richtungssinn legen sie in Wasser an den Tag, in dem Wasserstoffperoxid aus einem Schwämmchen diffundiert. Zwar wechseln die Stäbchen noch immer laufend die Richtung, berichten die Forscher im Fachblatt “Physical Review Letters”. Allerdings sind sie nun umso schneller unterwegs, je näher sie dem Schwämmchen kommen und je höher damit die Konzentration ihres Treibstoffs ist. Als Folge sammeln die Stäbchen allmählich am Rand des Schwämmchens an.

Forschung: Yiying Hong, Nicole M.K. Blackman, Ayusman Sen und Darrell Velegol, Department of Chemistry und Materials Research Institute, Pennsylvania State University, University Park; und andere

Veröffentlichung Physical Review Letters, Vol. 99, Artikel 178103, DOI 10.1103/PhysRevLett.99.178103

WWW:
Sen Group, Pennsylvania State University
- Video
Velegol Group
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