Miniaturpumpe
Amerikanische Forscher stellen in der Zeitschrift Angewandte Chemie jetzt eine Mikro-Pumpe vor. Sie basiert auf Mikropartikeln aus einem Polymergel und startet bei Bestrahlung mit UV-Licht. Das Besondere: Das Material pumpt kontinuierlich weiter, auch wenn der Stimulus vorüber ist.
Forschern der Pennsylvania State University ist es gelungen ein Polymerkügelchen zu synthetisieren, dass nach einem Aktivierungsreiz durch UV-Licht kontinuierlich eine Flüssigkeit pumpt, selbst nachdem das UV-Licht wieder abgeschaltet wurde / Bildquelle: Wiley-VCH
Die winzigen Pumpen, die das Team um Ayusman Sen und Scott T. Phillips von der Pennsylvania State University entwickelt haben, basieren auf Polymergelkügelchen von 300 µm Durchmesser, deren Oberfläche mit zwei verschiedenen Molekülen bestückt wird. Sorte 1 wird unter UV-Licht abgespalten. Es zerfällt dabei in CO2, Protonen, Fluoridionen und ein kleines organisches Molekül. Der besondere Trick: Die Fluoridionen spalten dann Molekülsorte 2 von der Oberfläche der Kügelchen ab – auch wenn kein UV-Licht mehr an ist. Sorte 2 zerfällt ebenfalls in CO2, Protonen, Fluoridionen und ein kleines organisches Molekül. Da immer weiter Fluorid freigesetzt wird, kommt die Reaktion erst zum Erliegen, wenn alle Moleküle der Sorte 2 aufgebraucht sind.
Wieso pumpen die Kügelchen? Die freigesetzten Moleküle und Ionen diffundieren von der Oberfläche der Kügelchen weg und bilden einen Konzentrationsgradienten. Konzentrationsgradienten erzeugen immer eine Strömung in einer Flüssigkeit, das Kügelchen saugt die Flüssigkeit an. Das freigesetzte organische Molekül sorgt zudem für einen Farbwechsel der Kügelchen von weiß nach gelb-orange und zeigt so an, dass die Mikropumpe angeschaltet ist.
Intelligente Polymermaterialien, die mit einer makroskopischen Funktion auf einen externen Stimulus antworten können, sind Gegenstand intensiver Forschungen. Dass sich das Material an den auslösenden Reiz, das UV-Licht, erinnert und auch weiter pumpt, wenn dieser abgestellt wurde, ist etwas völlig Ungewöhnliches für derartige Materialien. Das neue Material benötigt dabei keinerlei Reagenzien oder Kraftstoffe, die über die Flüssigkeit zugeführt werden müssen. Es arbeitet autonom und wandelt dabei chemische Energie in eine mechanische Antwort, den Flüssigkeitsstrom, um. Molekül 1 dient als Signalempfänger, das Fluorid ist der Signalüberträger. Die Kombination all dieser Charakteristika in einem intelligenten Polymermaterial ist nun erstmals gelungen.
Ein solches Material könnte auch so konzipiert werden, dass es nicht auf Licht, sondern auf einen anderen Stimulus reagiert wie beispielsweise auf die Anwesenheit einer bestimmten Substanz. Solche Mikropumpen könnten auch dann interessant sein, um den Fluss in einem mikrofluidischen System umzuleiten, sobald diese spezifische Substanz auftritt.
www.psu.edu
Aktuelle Onlineartikel
-
30. 09. 2024 Gewichtsreduzierung mit Hightech-Klebern in Fahrzeugen
-
30. 09. 2024 Hybridsolarzelle liefert auch nachts Strom
-
30. 09. 2024 Abwässer sind zur Stromerzeugung nutzbar
-
29. 09. 2024 Spinbots schaffen superglatte Oberflächen
-
29. 09. 2024 Essbare Elektronik in Zahnpasta zur Gesundheitsüberwachung
-
28. 09. 2024 Lithium-Ionen-Batterie mit Billig-Elektrode