Gel-Wurm macht die Welle

Regenwürmer arbeiten sich durch das Erdreich, indem sie eine Welle von Einschnürungen durch ihren Körper laufen lassen. Ganz ähnliche Bewegungen zeigt ein “Wurm” aus gelatineartigem Material, den japanische Chemiker hergestellt haben. Angetrieben wird er durch eine chemische Welle, die ohne menschliches Zutun durch ihn hindurch läuft.

Je nach Oxidationszustand der Ruthenium-Ionen (II bzw. III) ist der Gelzylinder grünlich bzw. bräunlich gefärbt. Bild: Maeda et al., Angewandte Chemie

Das Material berge großes Potenzial für den Einsatz in kleinsten Vorrichtungen, in denen Material in Bewegung versetzt werden müsse, sind die Forscher um Shuji Hashimoto von der Waseda-Universität überzeugt. Zwar seien bereits früher Transportmechanismen auf Basis von Gelen vorgestellt worden. Deren Bewegungen hätten jedoch durch elektrischen Strom oder andere Reize immer wieder neu angeregt werden müssen, schreibt die Gruppe im Fachblatt “Angewandte Chemie”.

Ganz anders dagegen der Wurm aus Poly-(N-Isopropylacrylamid), der mit seinen ausdauernden Bewegungen beinahe schon lebendig wirkt. Die Bewegungen kommen zustande, indem das Netzwerk aus Polymersträngen Wasser aufnimmt und wieder abgibt und dabei anschwillt und schrumpft. Das tut es jedoch nicht einheitlich. Vielmehr läuft eine Welle von Wasseraufnahme und -abgabe der Länge nach durch den Wurm, die kleinere Objekte vor sich her schieben kann.

Den Reiz für die Bewegung liefert die berühmte Belousov-Zhabotinsky-Reaktion. Das Reaktionssystem pendelt ständig zwischen zwei Zuständen hin und her, sodass in einer Schale – oder in einem langen Gelzylinder – regelrechte Wellen entstehen. Diese Welle oxidiert in das Polymer eingebettete Ruthenium-Ionen und reduziert sie wieder, wobei die Aufnahmefähigkeit des Polymers für Wasser sinkt und wieder steigt. Und da das Netzwerk nicht gleichmäßig geknüpft ist, sondern große Poren und dichte Knoten aufweist, sind die resultierenden Volumenänderungen besonders schnell und ausgeprägt.

Forschung: Shingo Maeda und Shuji Hashimoto, Waseda Research Institute for Science and Engineering, Consolidated Research Institute for Advanced Science and Medical Care und Department of Applied Physics, Waseda University, Shinjuku, Tokyo; und andere

Veröffentlichung Angewandte Chemie, Vol. 120(35), pp 6792-5, DOI 10.1002/ange.200801347

WWW:
Shuji Hajimoto Laboratory, Waseda University
Belousov-Zhabotinsky-Reaktion
Polymere Netzwerke

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