Mikrosvømmere er livløse mikropartikler, men de bevæger sig som møl til lyset

Freigeist-gruppen ved TU Dresden, ledet af kemiker Dr. Juliane Simmchen, har studeret en imponerende adfærd hos syntetiske mikrosvømmere:så snart de fotokatalytiske partikler forlader en oplyst zone, de vender uafhængigt og svømmer tilbage i lyset. Denne lovende observation og dens analyse blev for nylig offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift Blødt stof som en "Emerging Investigator"-artikel.

TU Dresden Freigeist-stipendiat Dr. Juliane Simmchen undersøger sammen med sin multidisciplinære juniorforsker bevægelsen af ​​syntetiske mikrosvømmere i væsker. Hendes mål er at sætte disse livløse mikropartikler i stand til at bevæge sig i en bestemt retning af sig selv og dermed, i fremtiden, til brug i sensorteknologi eller biologisk rengøring. "Rent faktisk, det er lidt ligesom at spille computerspil i laboratoriet, " beskriver kemikeren sit ekstraordinære forskningsarbejde i et interview med Volkswagen Foundation.

Simmchen-gruppen arbejder med de såkaldte "Janus-partikler." Disse består af en krop af titaniumdioxid med to forskelligt belagte sider:den ene side med et katalytisk aktivt lag af nikkel og guld, den anden side forbliver ubehandlet. Titandioxid bruges som blegemiddel, for eksempel i vægmaling, men den reagerer også med lys. Som resultat, Janus partikler er fotokatalytiske, hvilket betyder, at så snart lyset rammer dem, der opstår kemiske reaktioner, der sætter en bevægelse i gang.

Gruppen har nu observeret og analyseret et yderst usædvanligt fænomen i Janus-partiklernes bevægelse:så snart partiklerne forlader en oplyst zone i mikroskopet, de vender sig om af sig selv og svømmer tilbage – en adfærd, der faktisk kun kendes fra mikroorganismer. Men hvordan kan så kompleks adfærd udløses hos syntetiske mikrosvømmere?

Førsteforfatter Lukas Niese og Dr. Simmchen var i stand til at vise, at så længe partiklerne er aktive i lyset, deres svømmeretning stabiliseres af en kombination af fysisk-kemiske effekter. Så snart partiklerne ikke længere udsættes for lys, der er ingen energiomsætning, og bevægelsesretningen er ikke længere stabil. "I dette tilfælde, " forklarer Lukas Niese, "den naturlige termiske bevægelse (Brownian Motion) sætter ind. Dette får partiklerne til nærmest at vende, og så svømmer de tilbage ind i det udsatte område."

"Det faktum, at så simple effekter som Brownian Motion kan føre til en så kompleks adfærd, var ganske forbløffende og imponerende, især med hensyn til udviklingen og udviklingen af ​​evner. Vi kunne gøre brug af denne egenskab til målrettet kontrol af mikrorobotter. Der kan tænkes anvendelser, hvor partiklerne filtrerer og fjerner forurenende stoffer fra væsker eller transporterer medicin gennem kroppen, og måske endda transportinformation, " siger Dr. Simmchen, forklare betydningen af ​​opdagelsen.