Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Verbeugung vor dem Licht

22.11.2011
Lichtgeschalteter Mikro-Roboterarm führt Beuge- und Streckbewegungen aus

Mikroroboter und Nanomaschinen sind keine reine Utopie mehr: Die Miniaturisierung schreitet voran. Dazu werden winzige Bauteile benötigt, die als Antwort auf einen Reiz kontrollierte Bewegungen vollführen können.

Piezoelektrische Kristalle können eine Beugebewegung machen, wenn ein elektrisches Feld angelegt wird. Die nötige Verkabelung steht einer Anwendung im Mikromaßstab oder in einer Flüssigkeit aber entgegen.

Ein Forscherteam um Masahiro Irie von der Rikkyo University (Tokio) stellt in der Zeitschrift Angewandte Chemie nun einen kabellosen „Mikro-Roboterarm“ vor, der lichtgesteuert gebeugt und gestreckt werden kann.

Die winzigen Roboterarme bestehen aus Kristallen in Form mikro- bis millimetergroßer flacher Stäbchen. Werden sie mit UV-Licht (365 nm) bestrahlt, beugen sich die Stäbchen in Richtung der Lichtquelle. Bei Bestrahlung mit sichtbarem Licht (>500 nm) strecken sie sich wieder in die ursprüngliche gerade Form.

Woher kommt diese Biege-Bewegung? Die Moleküle der Kristalle bestehen aus einem organischen Ringsystem aus fünf Ringen. Zentrales Bauelement ist eine Diarylethen-Gruppe. UV-Licht verursacht eine Umordnung der chemischen Bindungen (Isomerisierung), die zu einem Ringschluss innerhalb des Moleküls führt. Dies verändert die Form der Moleküle, was wiederum die gesamte Kristallgeometrie ändert. Der Kristall kontrahiert, aber nur dort, wo er dem UV-Licht ausgesetzt war, also in der obersten Schicht auf der bestrahlten Seite. So entsteht eine Krümmung, ähnlich wie bei einem Bimetallstreifen. Sichtbares Licht verursacht die Rückreaktion, der neu geknüpfte sechste Ring öffnet sich wieder, die ursprüngliche Kristallstruktur wird wieder hergestellt und der Kristall wird wieder gerade.

Erfolgsgeheimnis ist die Mischung zweier leicht unterschiedlicher Diarylethen-Derivate im richtigen Verhältnis. In einem solchen Mischkristall sind die Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Molekülen schwächer als in einem sortenreinen. Die Kristalle überstanden mehr als 1000 Biegezyklen ohne Ermüdungserscheinungen. Abhängig von der Bestrahlung ist eine sehr starke Biegung bis zur Haarnadelform möglich.

Anders als bei bisherigen Konzepten für „molekulare Muskeln“ bietet der neue Ansatz die einzigartige Möglichkeit, die Bewegung einzelner Moleküle auf die makroskopische Ebene zu übertragen. Und anders als künstliche Mikromuskeln auf Polymerbasis arbeitet der neue Mikro-Roboterarm kabellos und antwortet extrem schnell – auch bei niedrigen Temperaturen und im Wasser.

Wird ein Ende des Kristallstäbchens befestigt, kann das lose Ende durch zyklische Bestrahlung mit UV und sichtbarem Licht beispielsweise ein kleines Zahnrad in eine Drehbewegung versetzen. Auch als Lastenaufzug taugt es: Wiederum an einer Kante fixiert kann das Stäbchen ein Gewicht heben, das mehr als 900 mal so schwer ist wie der Kristall selber. Damit ist es kräftiger als Polymer-Muskeln und piezoelektrischen Kristallen ebenbürtig.

Angewandte Chemie: Presseinfo 45/2011

Autor: Masahiro Irie, Rikkyo University, Tokyo (Japan), http://www.rikkyo.ne.jp/web/iriem/irielab/

Angewandte Chemie, Permalink to the article: http://dx.doi.org/10.1002/ange.201105585

Angewandte Chemie, Postfach 101161, 69451 Weinheim, Germany

Dr. Renate Hoer | GDCh
Weitere Informationen:
http://presse.angewandte.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Geckos kommunizieren überraschend flexibel
29.05.2017 | Max-Planck-Institut für Ornithologie

nachricht Bauchspeicheldrüsenkrebs: Forschungsgruppe erprobt erfolgreich neue Diagnose- und Therapieansätze
29.05.2017 | Wilhelm Sander-Stiftung

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Neue Methode für die Datenübertragung mit Licht

Der steigende Bedarf an schneller, leistungsfähiger Datenübertragung erfordert die Entwicklung neuer Verfahren zur verlustarmen und störungsfreien Übermittlung von optischen Informationssignalen. Wissenschaftler der Universität Johannesburg, des Instituts für Angewandte Optik der Friedrich-Schiller-Universität Jena und des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien Jena (Leibniz-IPHT) präsentieren im Fachblatt „Journal of Optics“ eine neue Möglichkeit, glasfaserbasierte und kabellose optische Datenübertragung effizient miteinander zu verbinden.

Dank des Internets können wir in Sekundenbruchteilen mit Menschen rund um den Globus in Kontakt treten. Damit die Kommunikation reibungslos funktioniert,...

Im Focus: Strathclyde-led research develops world's highest gain high-power laser amplifier

The world's highest gain high power laser amplifier - by many orders of magnitude - has been developed in research led at the University of Strathclyde.

The researchers demonstrated the feasibility of using plasma to amplify short laser pulses of picojoule-level energy up to 100 millijoules, which is a 'gain'...

Im Focus: Lässt sich mit Boten-RNA das Immunsystem gegen Staphylococcus aureus scharf schalten?

Staphylococcus aureus ist aufgrund häufiger Resistenzen gegenüber vielen Antibiotika ein gefürchteter Erreger (MRSA) insbesondere bei Krankenhaus-Infektionen. Forscher des Paul-Ehrlich-Instituts haben immunologische Prozesse identifiziert, die eine erfolgreiche körpereigene, gegen den Erreger gerichtete Abwehr verhindern. Die Forscher konnten zeigen, dass sich durch Übertragung von Protein oder Boten-RNA (mRNA, messenger RNA) des Erregers auf Immunzellen die Immunantwort in Richtung einer aktiven Erregerabwehr verschieben lässt. Dies könnte für die Entwicklung eines wirksamen Impfstoffs bedeutsam sein. Darüber berichtet PLOS Pathogens in seiner Online-Ausgabe vom 25.05.2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) ist ein Bakterium, das bei weit über der Hälfte der Erwachsenen Haut und Schleimhäute besiedelt und dabei normalerweise keine...

Im Focus: Can the immune system be boosted against Staphylococcus aureus by delivery of messenger RNA?

Staphylococcus aureus is a feared pathogen (MRSA, multi-resistant S. aureus) due to frequent resistances against many antibiotics, especially in hospital infections. Researchers at the Paul-Ehrlich-Institut have identified immunological processes that prevent a successful immune response directed against the pathogenic agent. The delivery of bacterial proteins with RNA adjuvant or messenger RNA (mRNA) into immune cells allows the re-direction of the immune response towards an active defense against S. aureus. This could be of significant importance for the development of an effective vaccine. PLOS Pathogens has published these research results online on 25 May 2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) is a bacterium that colonizes by far more than half of the skin and the mucosa of adults, usually without causing infections....

Im Focus: Orientierungslauf im Mikrokosmos

Physiker der Universität Würzburg können auf Knopfdruck einzelne Lichtteilchen erzeugen, die einander ähneln wie ein Ei dem anderen. Zwei neue Studien zeigen nun, welches Potenzial diese Methode hat.

Der Quantencomputer beflügelt seit Jahrzehnten die Phantasie der Wissenschaftler: Er beruht auf grundlegend anderen Phänomenen als ein herkömmlicher Rechner....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Lebensdauer alternder Brücken - prüfen und vorausschauen

29.05.2017 | Veranstaltungen

49. eucen-Konferenz zum Thema Lebenslanges Lernen an Universitäten

29.05.2017 | Veranstaltungen

Internationale Konferenz an der Schnittstelle von Literatur, Kultur und Wirtschaft

29.05.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Intelligente Sensoren mit System

29.05.2017 | Messenachrichten

Geckos kommunizieren überraschend flexibel

29.05.2017 | Biowissenschaften Chemie

1,5 Millionen Euro für vier neue „Innovative Training Networks” an der Universität Hamburg

29.05.2017 | Förderungen Preise