Loading...
Magnetfeld als Richtungsweiser für metallische Nanostäbchen mit Wasserstoffperoxid-Antrieb
Ferngesteuerter Nanomotor
07.01.2005
Wie ihre normalgroßen Vorbilder auch, brauchen Maschinen und Roboter im
Nanomaßstab Motoren um zu funktionieren. Bereits vor einiger Zeit hatte ein Team
von der Pennsylvania State University einen pfiffigen Antrieb entwickelt, um
nanoskopische Metallstäbchen "in Fahrt" zu bringen - allerdings irrten diese
winzigen "U-Boote" bisher in willkürlicher Richtung durch die Flüssigkeit. Nun
legen die Forscher um Ayusman Sen nach: Ihr "Nachfolgemodell" kann regelrecht
ferngesteuert werden.
Wie funktionieren diese lenkbaren nanoskopischen U-Boote? Wichtig ist zunächst
einmal der "gestreifte" Aufbau der Stäbchen aus verschiedenen Metallen: Ein Ende
aus Gold, ein sehr schmaler Nickelstreifen, ein Streifchen Gold, wieder ein sehr
schmaler Nickelstreifen und das andere Ende aus Platin. Das Platinende ist für
den Antrieb zuständig, denn hier wird der "Treibstoff" umgesetzt. Als Treibstoff
dient in der Lösung enthaltenes Wasserstoffperoxid, das an Platin katalytisch
umgesetzt wird. Dabei entsteht Sauerstoff, der sich in der Flüssigkeit löst. Die
stark sauerstoffhaltige Lösung in der Umgebung des Platinendes ist weniger polar
als die Flüssigkeit, die das andere Ende des Stäbchens umgibt - die so genannte
Grenzflächenspannung zwischen Lösung und Metalloberfläche ist dadurch an den
beiden Stab-Enden nicht mehr gleich groß: Das Stäbchen wird regelrecht in
Richtung des sauerstoffhaltigen Flüssigkeitsbereichs gezogen. Da ständig
Sauerstoff nachgebildet wird, bleibt der Gradient erhalten und der Stab wandert
mit dem Platinende voran durch die Flüssigkeit. Die Orientierung der Stäbchen in
der Lösung ist willkürlich, die Bewegung insgesamt damit ungerichtet.
Nun kommt die "Fernsteuerung" ins Spiel, ein äußeres Magnetfeld. Als
"Empfangsantenne" dienen die zuvor magnetisierten Nickelstreifchen der Stäbe.
Der besondere Trick dabei: Die Breite der Nickelstreifen muss geringer sein als
ihr Durchmesser, damit die Stäbchen statt in Längs- in Querrichtung magnetisiert
werden können. Wird das Magnetfeld angeschaltet, ordnen sich die Stäbchen
senkrecht zu dessen Feldlinien an und behalten diese Ausrichtung auch bei, wenn
sie Wasserstoffperoxid-getrieben lossausen. Durch eine Änderung der Richtung des
Magnetfeldes können die Forscher die Orientierung der Stäbchen und damit auch
deren Bewegungsrichtung jederzeit beliebig variieren - die Stäbe sind lenkbar.
"Im Prinzip sollten sich unsere Stäbchen-Motoren auch an andere Nanoobjekte
ankuppeln lassen," sagt Sen, "um diese anzutreiben - damit eröffnen sich
Perspektiven für eine ganz neue Klasse von Mikro- und Nanomaschinen." Von ihren
Dimensionen und magnetischen Eigenschaften her sind die Nanostäbchen mit
magnetotaktischen Bakterien vergleichbar, die durch das Magnetfeld der Erde
ausgerichtet und gelenkt werden. Sen: "Unsere Nanostäbchen könnten als Modelle
für derartige Organsmen dienen."
Weitere News aus dem Ressort Wissenschaft
Holen Sie sich die Chemie-Branche in Ihren Posteingang
Ab sofort nichts mehr verpassen: Unser Newsletter für die chemische Industrie, Analytik, Labor und Prozess bringt Sie jeden Dienstag und Donnerstag auf den neuesten Stand. Aktuelle Branchen-News, Produkt-Highlights und Innovationen - kompakt und verständlich in Ihrem Posteingang. Von uns recherchiert, damit Sie es nicht tun müssen.
