Lichtgetriebene Mikromaschinen

  • 27. February 2018

Mikropartikel rührt Flüssigkeitsmischung um.

Ein internationales Team von Wissenschaftlern beschreibt, wie mit Hilfe von Licht und einem nur wenige Mikro­meter großem Partikel eine winzige licht­getrie­bene Maschine ent­steht. Diese rührt eine spezi­elle Flüssig­keits­mischung im wahrsten Sinne um und könnte somit in Zukunft zum Mischen klein­ster Flüssig­keits­mengen dienen, in denen dies auf Grund der Abmes­sungen sonst nur schwer mög­lich ist.

Mikromaschine

Abb.: Illustration des Partikels im fokus­sierten Laser­strahl und der Flüssig­keit. (Bild: F. Schmidt, AML)

„Die Energie für den Antrieb liefert ein fokussierter Laser­strahl, der das Partikel und seine Um­ge­bung auf­heizt“, erläutert Team-Mitglied Falko Schmidt, ehemals Uni Leipzig und jetzt an der Uni Göte­borg in Schweden tätig. „Gleich­zeitig funktio­niert der Laser aber auch als optische Pinzette und hält das Partikel in einer stabilen Posi­tion in der Flüssig­keit." Das Ent­schei­dende bei dieser Maschine ist letzt­end­lich aber eine spezi­elle Mischung aus zwei Flüssig­keiten: Lutidin und Wasser. Ober­halb einer Tempe­ratur von etwa 34 Grad Celsius ent­mischen sich diese beiden Flüssig­keiten. Genau diese Tempe­ratur wird durch das optische Heizen eines mit Eisen­oxid besetzten Mikro­partikels erreicht. Dabei helfen kleine Unter­schiede in der Dichte der Eisen­oxid­partikel im Mikro­partikel, um die Mischung auf einer Seite eher zum Ent­mischen zu bewegen.

„Diese Entmischung treibt unsere Maschine voran und lässt das Partikel mit bis zu 1160 Um­dre­hungen pro Minute in der optischen Pinzette rotieren", schildert Schmidt. Er und seine Kollegen betonen, dass der­artige Maschinen für Anwen­dungen zur chemischen Analytik auf kleinsten Längen­skalen ein­ge­setzt werden könnten. „Sie können helfen, kleinste Flüssig­keits­mengen zu mischen oder komplexere Maschinen anzu­treiben“, sagt Projekt­leiter Giovanni Volpe von der Uni Göte­borg. „Die Arbeit zeig auch, wie Dissi­pa­tion auf mikro­sko­pischer Skala zur aktiven Bewe­gung von Teil­chen und zum Ver­richten von Arbeit genutzt werden kann“, ergänzt Frank Cichos von der Uni Leipzig.

AML / RK

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