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Grüne Roboterwinzlinge

Forscher machen aus magnetischen Mikroalgen Miniroboter

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Roboteralgen folgen magnetischen Feldlinien

Die Beschichtung der Zellen dauere nur wenige Minuten und funktioniere fast immer. Konkret: neun von zehn Algen konnten erfolgreich mit magnetischen Nanopartikeln beschichtet werden. Man testete dann die Biohybrid-Roboter zunächst in einer wasserartigen Flüssigkeit. Mithilfe externer Magnetfelder konnten die Forscher die Algenroboter wirklich in jede beliebige Richtung steuern, wie man betont. Anschließend lenkte man die Roboterwinzlinge entlang winziger 3D-gedruckter Röhrchen, die eine stark eingegrenzte Umgebung – höchsten dreimal so breit wie die Mikroalgen – darstellten. Um zu sehen, ob auch dann die Steuerung klappt, richtete das Team zwei verschiedene Systeme ein. Eines mit Magnetspulen und eines mit Permanentmagneten um ein Mikroskop herum. Sie erzeugten ein gleichmäßiges Magnetfeld und änderten wiederholt dessen Richtung. Die Robot-Algen konnten in den additiv gefertigten Mikrokanälen dann auf drei Arten navigiert werden, wie es heißt – „Rückwärtsgang“, Kreuzen und magnetisch Kreuzen. Dabei stellte sich heraus, dass die Bioroboter ohne magnetische Hilfe oft steckenblieben und sich zum Start zurückbegaben. Das Magnetfeld wirke also wie ein GPS. In einem nächsten Schritt erhöhte das Team die Viskosität (Zähigkeit) der Flüssigkeit und schickte die Mikroroboter wieder durch die engen Kanäle.

Dieses Schaubild erklärt, wie magnetisch funktionalisierte Mikroalgen durch Wasser und viskoseren Medien bewegt werden kann.(Bild: MPI-IS)
Dieses Schaubild erklärt, wie magnetisch funktionalisierte Mikroalgen durch Wasser und viskoseren Medien bewegt werden kann.
(Bild: MPI-IS)

Viskosität und magnetische Ausrichtung optimieren Beweglichkeit

Wie es dazu heißt, wollte man testen, wie die Schwimmer sich in einer Umgebung verhalten, die Schleim ähnelt. Logisch – die höhere Viskosität beeinflusste natürlich die Schwimmfähigkeit der Mikroalgen. (Nicht umsonst kann man Einzeller für die Beobachtungen unter dem Hobbymikroskop abbremsen, indem man etwa Glycerin in den Wassertropfen gibt). Eine höhere Viskosität verlangsamt sie also und verändert aber auch die Art und Weise, wie sich die Miniroboter fortbewegen. Denn als die Wissenschaftler hier das Magnetfeld anlegten, bewegten sie sich in einer Art Zickzackmuster vorwärts. Das zeige, wie die Feinabstimmung von Viskosität und magnetischer Ausrichtung die Navigation von Mikrorobotern in komplexen Umgebungen optimieren könne.

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