Flüssigkeiten angetrieben durch Licht

Die Arterien transportieren Blut durch unseren Körper, angetrieben durch vom Herzen verursachte rhythmische Verformungen. Inspiriert von diesem Prinzip haben Forscher nun dünnwandige Röhrchen entwickelt, die Flüssigkeiten ohne eine Pumpanlange und sogar auf kurvigen oder ansteigenden Bahnen leiten können. Dafür müssen die kleinen Rohre lediglich mit Licht bestrahlt werden, wie das Team in der Fachzeitschrift „Nature“ berichtet. Diese Technik könnte in Zukunft bei biomedizinischen Geräten oder Mikropumpen angewendet werden.

Auf der Aufnahme ist ein Röhrchen zu sehen, in dem sich eine Flüssigkeit befindet. Das Röhrchen wird von oben mit Licht der Wellenlänge 470nm beschienen.
Bewegung der Flüssigkeit durch Beleuchten des Röhrchens

Jiu-an Lv von der Fudan-Universität in Shanghai, China, und Kollegen konstruierten die kleinen Röhren aus einem flüssigkristallinen Polymer. Aufgrund der Eigenschaften des eingesetzten Polymers verengen sich die Röhrchen, sobald Licht auf sie trifft. Werden sie nicht mehr beleuchtet, kehren sie in ihre Ursprungsform zurück. Wie stark sich die Röhrchen verengen, hängt von der Intensität des eingestrahlten Lichts ab. Im jeweils angeleuchteten Abschnitt erhöht sich der Druck und die Flüssigkeit bewegt sich in Richtung der weniger beleuchteten Regionen. In ihren Experimenten gelang es den Forschern, sowohl Richtung als auch Geschwindigkeit der Flüssigkeit durch gezielte Lichteinstrahlung zu steuern.

Das Material der neu entwickelten Röhrchen muss einerseits den ständigen Verformungen standhalten können. Andererseits ist ein hohes Elastizitätsmodul wichtig – das Material sollte nach einer Verformung also möglichst wieder seine ursprüngliche Form annehmen. Bei dem verwendeten flüssigkristallinen Polymer sind beiden Eigenschaften erfüllt. Es lässt sich mehr als hundertmal verformen, ohne dass sich das Material signifikant verändert.

Neben Wasser können beispielsweise auch Öle, Emulsionen und biomedizinische Flüssigkeiten durch die neuartigen Rohrsysteme transportiert werden, berichten die Forscher. Da die Flüssigkeiten durch Licht angetrieben und keine zusätzlichen Pumpen oder Antriebe benötigt werden, ergeben sich vielfältige Anwendungen, wie etwa in Mikroreaktoren, Chiplaboren und optomechanischen Systemen.