Mikro-Zwiebeln und magnetische Tinte

Mikrofluidiksystem für die einfache Herstellung mehrphasiger Emulsionstropfen und mehrwandiger Polymerkapseln

10.08.2011 - USA

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Wie Miniatur-Zwiebeln sehen sie unter dem Mikroskop aus: die Mikrokapseln für magnetische Tinten und Transportsysteme für Mehrkomponenten-Pharmaka, die David A. Weitz und Shin Hyun Kim in der Zeitschrift Angewandte Chemie vorstellen. Die Forscher von der Harvard University (Cambridge, USA) haben ein einfaches Verfahren entwickelt, mit dem diese schalenartig aufgebauten Winzlinge in einem mikrofluidischen System in nur einem Schritt hergestellt werden können.

Durch ein ausgeklügeltes mikrofluidisches System, das aus mehreren wasserabweisend und wasseranziehend beschichteten Glaskapillaren besteht, gelingt es den Forschern, entgegengesetzt gerichtete Flüssigkeitsströme aus nicht mischbaren Flüssigkeiten (Öl und Wasser) trickreich aufeinanderprallen zu lassen. Dabei bilden sich winzige Tröpfchen, die in die Öffnung eines Auffanggefäßes wandern und die die Phasengrenzen zwischen den Flüssigkeiten gekonnt aufbrechen, sodass je nach Aufbau des Systems drei- oder vierschichtige Emulsionstropfen entstehen. Mit diesem Verfahren lassen sich erstmals auf einfache Weise und in nur einem einzigen Schritt einheitlich aufgebaute, einheitlich große mehrschalige Emulsionstropfen in großer Zahl erzeugen.

Als Anwendungsbeispiel stellten Weitz und Kim eine „magnetische Tinte“ für Displays her. Die ölartige Phase war in diesem Fall eine UV-vernetzbare Polymerlösung. Die Forscher erzeugten Emulsionstropfen mit einem Kern aus Polymerlösung, die von einer Wasserschicht umgeben ist, die ihrerseits von einer weiteren Schicht aus Polymerlösung umschlossen wird. In die Polymerlösung, die den inneren Kern bilden sollte, mischten sie magnetische Partikel und schwarze Pigmente ein. In die wässrige Flüssigkeit gaben sie winzige Kunststoffkügelchen. Nach UV-Bestrahlung entstanden durchsichtige Kapseln mit einer festen Hülle und einem festen, schwarzen Kern, der zusammen mit den Kunststoffkügelchen frei in der wässrigen Flüssigkeit schwimmt. Ohne Magnetfeld halten sich die schwarzen Kerne in der Mitte der Kapseln auf. Eine Schicht aus Kapseln für ein Display wirkt dann weiß, weil die Kunststoffkügelchen das Licht streuen. Wird ein Magnetfeld angelegt, werden die Kerne in Richtung der Display-Oberfläche gezogen, die schwarze Färbung ist nun zu sehen.

Eine weitere praktische Anwendung für mehrschichtige Kapseln wäre der Transport von Multikomponenten-Wirkstoffen, die getrennt bleiben und im Organismus dann gezielt nacheinander freigesetzt werden sollen.