Herstellungsverfahren für künstliche Moleküle gewinnt den besten Posterpreis

Songbo Ni , IBM Research-Zürich

Anfang dieses Jahres haben Wissenschaftler der ETH Zürich und IBM Research – Zurich eine neue Methode in Science Advances . veröffentlicht künstliche Moleküle aus verschiedenen Arten von Mikrokügelchen herzustellen, kleine runde Partikel mit einem Durchmesser von 1 Mikrometer – etwa der Größe von Bakterien. Obwohl winzig klein, glauben die Wissenschaftler, dass diese mikroskopischen Objekte eines Tages in Mikrorobotern, Photonik und biochemischer Grundlagenforschung eingesetzt werden könnten.

Einer der Wissenschaftler, der sich auf diese Forschung konzentriert, ist Songbo Ni, ein Pre-Doc im IBM-Labor in Zürich, der an der ETH Zürich studiert. Heute wurde er auf der Faraday Discussions Conference der Royal Chemistry Society mit dem Preis für das beste Poster für "Programmable Assembly of Colloidal Molecules" ausgezeichnet.

Ich habe mich mit Songbo zusammengesetzt, um seine Forschungen zu besprechen.

Lineare und nichtlineare Multimaterial-Cluster Credit:Science Advances

Bitte beschreiben Sie Ihre Forschung. Welche Bedeutung hat sie?

Songbo Ni: Wir haben eine Methode zur Herstellung von hybriden kolloidalen Objekten erfunden, die die bestehenden Methoden wie physikalische Gasphasenabscheidung, Impfpolymerisation und andere übertreffen, die normalerweise auf einfache Zusammensetzung und Geometrie beschränkt sind.

Wir haben herausgefunden, dass wir durch das Verständnis der Geometrie der Einfangstelle verschiedene Partikel an bestimmten Positionen an derselben Stelle platzieren können, um einzigartige komplexe Objekte mit der Sequenz zu erstellen, die wir programmieren möchten.

Wenn Sie über mehrere Komponenten verfügen, können Sie die Cluster auf verschiedene Weise gleichzeitig manipulieren und beispielsweise ihre elektrischen und magnetischen Eigenschaften nutzen. Der Trend in der Partikeltechnologie hat sich von möglichst kleinen Partikeln zu multifunktionalen Partikeln verlagert – mit mehreren Elementen in derselben Einheit.

Wie sind Sie beim Zusammenbau der kolloidalen Moleküle vorgegangen?

SN: Die Technik hat einiges mit dem bekannten Kaffeefleck-Effekt gemeinsam.

In einem Tropfen (Kaffee) ist die Verdunstung am Rand stärker und in der Masse geringer. Dies führt zu einem Partikelfluss von der Flüssigkeit im Inneren zum Rand und lagern sich winzige Kaffeepartikel am Rand ab, die den typischen dunklen Ring bilden.

Wir haben eine ähnliche Idee verwendet. Wir haben ein Wassertröpfchen mit Mikrokügelchen auf eine Schablone mit Löchern gelegt und das Tröpfchen verdampft, um die Partikel nach vorne zu bringen. Und dann haben wir den Tropfen über die Löcher bewegt. Die Partikel werden aufgrund der Oberflächenspannung des Wassers in den von uns entworfenen Löchern positioniert.

Das Phänomen der Oberflächenspannung von Wasser hält die Flüssigkeit nicht über die Seiten der Tasse verschütten.

Welche Anwendungen haben Sie in Ihrem Projekt gefunden?

SN:  Zurzeit  Die Experimente beziehen sich hauptsächlich auf die Grundlagenforschung, in der Menschen diese kolloidalen Cluster als Modelle verwenden können, um viele natürliche Selbstorganisationsprozesse zu verstehen. Unsere Technik kann mit einer Vielzahl von funktionellen Partikeln für praktische Anwendungen verwendet werden.

Zum Beispiel kann das Einbringen magnetischer Partikel eine externe Manipulation der Cluster ermöglichen. Wenn wir mit Medikamenten beladene Partikel weiter kombinieren, könnte dies bei der Medikamentenabgabe verwendet werden, um Medikamente an einem bestimmten Ort für die personalisierte Gesundheitsversorgung freizusetzen.

Was sind die nächsten Schritte für Sie?

SN:  Wir untersuchen diese Partikel noch und zeigen, wie wir verschiedene Materialien in verschiedenen Geometrien kombinieren können, um eine bestimmte Anisotropie, also Richtungsabhängigkeit, zu programmieren. Lokale Anisotropie ist bekannt dafür, dass sie für lokale Bewegungen in vielen Mikroobjekten verantwortlich ist, wie beispielsweise Janus-Katalysatorpartikeln und bakteriellen Flagellen. Wir untersuchen die Möglichkeit, verschiedene Eigenschaften in einem einzigen kolloidalen Objekt zu kombinieren und es dann mit externer Energiezufuhr wie einen winzigen Roboter fungieren zu lassen.

Die nächsten Ergebnisse versprechen spannend zu werden. Hoffentlich werden wir bald demonstrieren, wie wir diese Partikel als zufällige Schwimmer, Mischer und Transporter einsetzen können, was in der biophysikalischen und biomedizinischen Forschung sehr nützlich sein kann.