Gel mit Peristaltik

Ob groß, ob klein – Maschinenteile setzen sich nur in Bewegung, wenn sie von äußeren Impulsen kontrolliert werden. Biologische Systeme sind dagegen zu autonomen Bewegungen fähig, die kontinuierlich einem eigenen Rhythmus und eigenen räumlichen Mustern gehorchen.

So beruht beispielsweise die Peristaltik unseres Darms, eine ringförmig einschürende Kontraktion der Muskulatur, die sich in eine Richtung fortsetzt, zum Teil auf einem Eigenrhythmus der Muskulatur. Japanische Forscher um Shingo Maeda von der Waseda University haben nun ein Polymergel entwickelt, das ohne äußere Stimulierung eine peristaltische Bewegung vollführt – als ob es lebendig wäre, wie sie in der Zeitschrift Angewandte Chemie berichten.

Ein Gel ist ein schwammartiges dreidimensionales Netzwerk, dessen Poren mit einer Flüssigkeit gefüllt sind. Geheimnis des seltsam „lebendigen“ Gels ist eine spezielle chemische Reaktion, die in dieser Flüssigkeit abläuft. Sie beruht auf der so genannten Belousov-Zhabotinsky-Reaktion, auch als „chemische Uhr“ bekannt.

Es handelt sich dabei um ein System mehrerer rückgekoppelter chemischer Reaktionen, d.h. Stoffe in der Reaktionsfolge beeinflussen ihre eigene Bildungsgeschwindigkeit. Solche Systeme zeigen eine zeitliche Oszillation, die sich in Form räumlicher Muster manifestieren kann. Die Reaktion sorgt dafür, dass im Gel enthaltene Rutheniumionen periodisch ihre Oxidationsstufe ändern. Das Gel ist so aufgebaut, dass es verschieden stark aufquillt, je nachdem, welche Ladung das Ruthenium trägt. Die oszillierende chemische Reaktion sorgt dafür, dass das Gel periodisch an- und abschwillt.

Ein bandförmiges Gelstück wird der Länge nach wellenförmig von an- und abschwellenden Bereichen durchlaufen. Auf diese Weise entsteht eine peristaltische Bewegung. Legt man einen kleinen zylindrischen Gegenstand auf das Gel, wird dieser durch die fortschreitende Wellenbewegungen vorwärts gerollt – wie auf einem Minifließband.

Angewandte Chemie: Presseinfo 32/2008

Autor: Shingo Maeda, Waseda University, Tokyo (Japan), http://www.shalab.phys.waseda.ac.jp/contact-e.html

Angewandte Chemie 2008, 120, No. 35, 6792-6795, doi: 10.1002/ange.200801347

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