Miniraketen nutzen Umgebungsenergie

Forscher am Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (IFW) haben ein Verfahren zur Herstellung mehrschichtiger Mikro- und Nanoröhren entwickelt. Das ermöglicht etwa die Konstruktion einer Art Minirakete, die mit eigenem Antrieb durch das Wasser flitzt.

Die Röhre nutzt dazu Energie aus einer chemischen Reaktion und wird mittels Magnetfeldern gesteuert. Solche Miniraketen könnten zur Erforschung mikrobiologischer Welten dienen, aber auch als Basis für komplexe Nanomaschinen. Doch das ist nur eines von vielen möglichen Anwendungsgebieten.

Die Dresdener Forscher haben ein Verfahren entwickelt, bei dem sich dünne Materialschichten aus Titan, Eisen, Gold und Silber aufgrund von Spannungen zu Mikro- oder Nanoröhren aufrollen. Ein Anwendungsbeispiel sind Mikromaschinen, die sich nach biologischem Vorbild unter Nutzung der chemischen Energie ihrer Umgebung fortbewegen. Die innerste Schicht entsprechender Röhren besteht aus Silber und ermöglicht somit den Antrieb. Denn das Edelmetall ist ein Katalysator für eine chemische Reaktion, bei der Sauerstoffblasen entstehen. Diese werden aus der Röhre ausgestoßen und treiben sie somit praktisch wie eine Rakete an. Die Geschwindigkeit beträgt dabei im Mittel 0,15 Millimeter pro Sekunde, was laut IFW relativ zur Größe der Objekte schneller sei als jeder bekannte Fisch. Dafür, dass die Bewegung der Miniraketen auch gesteuert werden kann, sorgt eine Eisenschicht in ihrem mehrlagigen Aufbau. Das erlaubt, die Bewegungsrichtung mithilfe äußerer Magnetfelder zu beeinflussen.

Die Miniraketen sind als Testvehikel geeignet, um Bewegung, Beschleunigung und Richtungsänderungen von Bakterien und Viren im Wasser verstehen und auch imitieren zu können. Langfristig wäre möglich, dass die Entwicklung zu komplexen Nanomaschinen führt, so das IWF. Denkbar sei der Transport kleinster Mengen von Medikamenten, die somit gezielt an einem geeigneten Ort abgeliefert werden könnten. Doch nicht nur für die Biophysik ist das Fertigungsverfahren für mehrschichtige Mikro- und Nanoröhren von Bedeutung.

Mit der Methode können Röhren aus verschiedenen Materialien und mit unterschiedlichen Durchmessern präzise hergestellt werden, so die Forscher. Sie können beispielsweise auch in der Photonik genutzt werden, heißt es in einem Beitrag, der in der Fachzeitschrift „Advanced Materials“ erscheint. „Die Röhren können leicht in einen Chip integriert werden“, meint ferner IFW-Wissenschaftler Yongfeng Mei gegenüber pressetext. Die denkbaren Anwendungsgebiete der Nanoröhren umfassen unter anderem Analyse-Systeme und seien insgesamt sehr breit gefasst.