Mini-Raketen mit eigenem Antrieb

Nach dem Vorbild biologischer Mikroorganismen sollen künstliche Mikromaschinen die chemische Energie ihrer Umgebung nutzen und sie für die eigene Fortbewegung verwenden. Für derartige Mikro- und Nanoraketen mit eigenem Antrieb gibt es bereits konkrete Ideen.

So können Sauerstoffblasen, die sich bei der Aufspaltung von Wasserstoffperoxid zu Wasser und Sauerstoff innerhalb einer Mikro- oder Nanoröhre bilden, für den gewünschten Vortrieb dieser Röhren sorgen. Problematisch ist bisher noch die Kontrolle der Bewegungsrichtung und der Geschwindigkeit. Hierzu haben Forscher des Leibniz-Instituts für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden neue Ergebnisse vorgelegt, die in der ersten Novemberausgabe der Fachzeitschrift „Advanced Materials“ mit einem Titelbild erscheinen.

Darin berichten sie von aufgerollten Nanomembranen aus Titan, Eisen, Gold und Silber. Diese werden durch die Technologie des Verspannungs-getriebenen Aufrollens dünner Schichten hergestellt. Dabei werden dünne Schichten so auf Oberflächen abgeschieden, dass in den Schichten eine mechanische Spannung besteht. Beim Ablösen der Schichten wird ein Teil der Verspannungsenergie freigesetzt, so dass sich die Schicht aufrollt oder verformt. Auf diese Weise können Nano- und Mikroröhren mit großer Präzision in bestimmten Durchmessern und aus ganz verschiedenen Materialien reproduzierbar hergestellt werden.

Nach dem Aufrollen der Titan-, Eisen-, Gold, Silberschichten entstehen Röhren, deren innerste Schicht aus Silber besteht. Diese dient gleichzeitig als Katalysator in der Reaktion von Wasserstoffperoxid zu Wasser und Sauerstoff. Die dabei gebildeten Sauerstoffblasen werden aus den Röhren gestoßen und verursachen eine schnelle und gerichtete Bewegung der Minirakete. Die mittlere Geschwindigkeit von ca. 0,15 Millimetern pro Sekunde setzt sich dabei aus einzelnen Schüben zusammen, die Werte bis zu 0,72 Millimeter pro Sekunde erreichen und von der Flüssigkeit ausgebremst werden. Relativ zur Größe des Objekts betrachtet, sind die Miniraketen damit schneller als jeder uns bekannter Fisch.

Da die Röhren auch eine Schicht Eisen enthalten, kann ihre Bewegungsrichtung bequem durch ein äußeres Magnetfeld ferngesteuert werden.

Für Objekte mit Größen im Mikro-/ und Nanometerbereich wird Wasser zu einer extrem zähflüssigen Substanz. Die Miniaturraketen stellen perfekte Testvehikel dar, um Bewegung, Beschleunigung und Richtungsänderungen von Bakterien und Viren in dieser veränderten Welt verstehen und imitieren zu können. In der Ferne steht die Vision, komplexe Nanomaschinen zu konstruieren und herzustellen, die zum Beispiel in der Lage sind, kleinste Mengen von Medikamenten zu transportieren und gezielt an einem geeigneten Ort abzuliefern.

Veröffentlichung:
Y. Mei, G. Huang, A. A. Solovev, E. Bermudez Urena, I.Mönch, F. Ding, T. Reindl, R. K. Y. Fu, P. K. Chu, and O. G. Schmidt: Versatile Approach for Integrative and Functionalized Tubes by Strain Engineering of Nanomembranes on Polymers, Adv. Mater. 2008, Vol. 20, DOI: 10.1002/adma.200801589

Kontakt:

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Direktor des Instituts für Integrierte Nanowissenschaften am IFW Dresden
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