Künstliche Mikromuskeln vom Fließband

29.09.2009: Wissenschaftlern der Johannes Gutenberg-Universität Mainz ist gelungen, winzig kleine Elastomerpartikel herzustellen, die sich bei einer Temperaturveränderung zusammenziehen oder ausdehnen. Sie benutzen dazu ein spezielles Verfahren, das eine kontinuierliche Herstellung möglich macht, wie sie für praktische Anwendungen nötig wäre. Die künstlichen Muskeln oder Mikroaktuatoren, wie die gummiähnlichen Teilchen genannt werden, könnten möglicherweise als Ventile für kleinste Analysegeräte wie Lab-on-a-chip-Systeme eingesetzt werden. Solche Mini-Labore in Chipkartengröße gibt es bereits in der Medizin.

"Jeder kennt einen Gummiring, der sich auseinanderziehen lässt und anschließend wieder in seine alte Form zurückfindet", erklärt Univ.-Prof. Dr. Rudolf Zentel vom Institut für Organische Chemie. "Unsere Kügelchen dehnen sich bei höheren Temperaturen der Länge nach um mehr als die Hälfte aus und gehen bei Abkühlung wieder in ihre ursprüngliche Form zurück, sind dabei aber so klein, dass man eine Lupe braucht, um sie zu erkennen." Während haushaltsübliche Gummiringe aus Naturkautschuk bestehen, sind die Miniatur-Bauteile der Mainzer Forscher aus elastischen Flüssigkristallen hergestellt.

Dazu wird das Ausgangsmaterial durch ein System aus verschiedenen kleinen Glasröhrchen gepumpt, wobei die winzigen Teilchen entstehen. Dies ist ein Verfahren, das am Institut für Mikrotechnik Mainz entwickelt wurde. Je nach Reaktionsbedingungen können damit verschieden große Teilchen hergestellt werden, die am Ende eines jeweiligen Prozesses kontinuierlich in einer einheitlichen Form die Kapillare verlassen. Bei einer Größe von etwa 200 Mikrometern, also einem Fünftel Millimeter, sind die Partikel unter einem Mikroskop sehr gut zu beobachten. "Wir sehen, wie die Teilchen von selbst länger werden, sobald wir einen Stimulus anlegen, in diesem Fall Hitze", erläutert Chemieprofessor Zentel. Diese Ausdehnung, die bis zu 70 Prozent betragen kann, ist wie bei einem Muskel reversibel, daher auch die Bezeichnung der Aktuatoren als künstliche Muskeln.

Originalveröffentlichung: Christian Ohm, Christophe Serra, Rudolf Zentel; "A Continuous Flow Synthesis of Micrometer-Sized Actuators from Liquid Crystalline Elastomers"; Advanced Materials, Juli 2009