Nanotechnik: Magnetisch aufräumen
Seit Jahren steht die Forschung auf der Schwelle zum Nanokosmos - und kommt nicht so recht weiter. Zu groß und grob sind die gewohnten Instrumente der Mikrotechnologie, und neue Werkzeuge kommen selten über grundlegende Experimente hinaus. Jetzt betritt ein weiterer Kandidat die Bühne: Fließende magnetische Kügelchen, die einfach mitreißend wirken sollen.
Das Prinzip der Versuche kennen alle Mütter und Väter vom zweifelhaften Vergnügen, ihre Sprösslinge in die Badewanne zu setzen: Wo ist denn bloß genug Platz zwischen all dem Spielzeug, damit das Kind auch noch ins Wasser passt? Zwei, drei oder gar mehr Dinge können eben nicht gleichzeitig am selben Ort sein, und wenn jemand drängelt, müssen die anderen sehen, wo sie bleiben.
Ungefähr eine Million Mal kleiner findet das gleiche Spiel unter dem Mikroskop der Ingenieure um Benjamin Yellen von der Duke-Universität statt. Anstelle von Kindern suchen hier nicht magnetische fluoreszierende Kügelchen eine Lücke zwischen lauter magnetischen Teilchen, die zwar viel kleiner, aber dafür umso zahlreicher und zudem von magnetischen Feldern getrieben sind. Fließt der Magnetschwarm nach links, weichen die Fluoreszierer nach rechts aus, saugt das Feld die Horde nach oben, verdrücken sich die Einzelkügelchen nach unten und so fort.
Das Ganze wäre kaum mehr als ein etwas zielloses Hin und Her, wenn Yellens Team nicht einen sorgsam präparierten Untergrund als Spielwiese vorbereitet hätte. Mit lithografischen Methoden aus der Chipherstellung haben die Wissenschaftler eine Folie mit magnetisierten Kobaltinseln hergestellt und damit einen Träger aus Silizium oder Glas überzogen. In rechteckiger oder hexagonaler Anordnung überziehen die winzigen magnetischen Fallen das Terrain und stecken Landmarken ab, an denen sich der Tanz der Kügelchen zwangsläufig orientieren muss.
Angetrieben von einem senkrecht zur Oberfläche rotierenden Magnetfeld wälzen sich die magnetischen Teilchen nun gerichtet durch den Flüssigkeitsfilm über dem Träger – und drängen dabei auch die nicht magnetischen Kügelchen in eine wohldefinierte Richtung. Immerhin 10 bis 20 Mikrometer pro Sekunde legen sie so zurück, schön gerade und zielgenau. Auch Abbiegen nach rechts oder links ist kein Problem: Einfach das externe rotierende Magnetfeld neu ausrichten, und schon ist der Kurs eingegeben. Fast so einfach wie Weichenstellen bei der Modelleisenbahn.
Fragt sich nur, wozu der Spaß gut sein soll, wenn er sich von einer hübschen Spielerei abheben möchte. Als Antwort geben die Forscher eine Reihe von "könnte". Ihnen kam es bei den Experimenten vor allem darauf an, die Machbarkeit zu demonstrieren und die entsprechende Physik abzuklopfen. Aber mit dieser Methode könnten große Moleküle, Nanobausteine, Viren oder biologische Zellen gezielt transportiert werden. So könnten Magnetfelder chemische Substanzen schneller an die Bindungsstellen von Sensoren heranführen, Zellen mit Therapeutika versorgen oder Viren mit besonderer Beladung zu Zielzellen lenken. Ströme magnetischer Teilchen könnten die Bauteile zukünftiger Nanomaschinen an ihren Bauplatz bringen oder die fertigen Apparate an ihre Einsatzorte.
Zu viel "könnte" und zu wenig "wird"? Vielleicht. Aber vielleicht auch ein Zeichen von gesunder realistischer Sichtweise ohne Aufgabe der fantasievollen Utopie, ohne die es beim Forschen nicht geht. Denn sicher ist in der Wissenschaft selten etwas, wenn man in unbekannte Bereiche vordringt. Da sind Progonosen oft nicht mehr wert als der Kaffeesatz vom Frühstück. Denken wir nur an den "sicher" geglaubten Nachweis des kosmischen Äthers, der schließlich doch nie gelang, weil es diesen Äther wider damaligen Erwartens nicht gibt. Im Vergleich dazu sind ein paar herumtollende Kügelchen unter dem Mikroskop, die eventuell eine Eroberung des Nanokosmos beschleunigen "könnten", doch ganz erfrischend. Fast wie die Badewannenschlacht mit dem Nachwuchs – bei dem ja auch niemand weiß, wofür er sich in zwanzig Jahren begeistern wird.
Ungefähr eine Million Mal kleiner findet das gleiche Spiel unter dem Mikroskop der Ingenieure um Benjamin Yellen von der Duke-Universität statt. Anstelle von Kindern suchen hier nicht magnetische fluoreszierende Kügelchen eine Lücke zwischen lauter magnetischen Teilchen, die zwar viel kleiner, aber dafür umso zahlreicher und zudem von magnetischen Feldern getrieben sind. Fließt der Magnetschwarm nach links, weichen die Fluoreszierer nach rechts aus, saugt das Feld die Horde nach oben, verdrücken sich die Einzelkügelchen nach unten und so fort.
Das Ganze wäre kaum mehr als ein etwas zielloses Hin und Her, wenn Yellens Team nicht einen sorgsam präparierten Untergrund als Spielwiese vorbereitet hätte. Mit lithografischen Methoden aus der Chipherstellung haben die Wissenschaftler eine Folie mit magnetisierten Kobaltinseln hergestellt und damit einen Träger aus Silizium oder Glas überzogen. In rechteckiger oder hexagonaler Anordnung überziehen die winzigen magnetischen Fallen das Terrain und stecken Landmarken ab, an denen sich der Tanz der Kügelchen zwangsläufig orientieren muss.
Angetrieben von einem senkrecht zur Oberfläche rotierenden Magnetfeld wälzen sich die magnetischen Teilchen nun gerichtet durch den Flüssigkeitsfilm über dem Träger – und drängen dabei auch die nicht magnetischen Kügelchen in eine wohldefinierte Richtung. Immerhin 10 bis 20 Mikrometer pro Sekunde legen sie so zurück, schön gerade und zielgenau. Auch Abbiegen nach rechts oder links ist kein Problem: Einfach das externe rotierende Magnetfeld neu ausrichten, und schon ist der Kurs eingegeben. Fast so einfach wie Weichenstellen bei der Modelleisenbahn.
Fragt sich nur, wozu der Spaß gut sein soll, wenn er sich von einer hübschen Spielerei abheben möchte. Als Antwort geben die Forscher eine Reihe von "könnte". Ihnen kam es bei den Experimenten vor allem darauf an, die Machbarkeit zu demonstrieren und die entsprechende Physik abzuklopfen. Aber mit dieser Methode könnten große Moleküle, Nanobausteine, Viren oder biologische Zellen gezielt transportiert werden. So könnten Magnetfelder chemische Substanzen schneller an die Bindungsstellen von Sensoren heranführen, Zellen mit Therapeutika versorgen oder Viren mit besonderer Beladung zu Zielzellen lenken. Ströme magnetischer Teilchen könnten die Bauteile zukünftiger Nanomaschinen an ihren Bauplatz bringen oder die fertigen Apparate an ihre Einsatzorte.
Zu viel "könnte" und zu wenig "wird"? Vielleicht. Aber vielleicht auch ein Zeichen von gesunder realistischer Sichtweise ohne Aufgabe der fantasievollen Utopie, ohne die es beim Forschen nicht geht. Denn sicher ist in der Wissenschaft selten etwas, wenn man in unbekannte Bereiche vordringt. Da sind Progonosen oft nicht mehr wert als der Kaffeesatz vom Frühstück. Denken wir nur an den "sicher" geglaubten Nachweis des kosmischen Äthers, der schließlich doch nie gelang, weil es diesen Äther wider damaligen Erwartens nicht gibt. Im Vergleich dazu sind ein paar herumtollende Kügelchen unter dem Mikroskop, die eventuell eine Eroberung des Nanokosmos beschleunigen "könnten", doch ganz erfrischend. Fast wie die Badewannenschlacht mit dem Nachwuchs – bei dem ja auch niemand weiß, wofür er sich in zwanzig Jahren begeistern wird.
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