De Freigeist-groep aan de TU Dresden, geleid door chemicus Dr. Juliane Simmchen, heeft een indrukwekkend gedrag van synthetische microzwemmers bestudeerd:zodra de fotokatalytische deeltjes een verlichte zone verlaten, ze draaien onafhankelijk en zwemmen terug in het licht. Deze veelbelovende observatie en de analyse ervan zijn onlangs gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Zachte materie als een "Emerging Investigator" artikel.

TU Dresden Freigeist fellow Dr. Juliane Simmchen onderzoekt met haar multidisciplinaire junior onderzoeksgroep de beweging van synthetische microzwemmers in vloeistoffen. Haar doel is om deze levenloze microdeeltjes uit zichzelf in een bepaalde richting te laten bewegen en zo, in de toekomst, te gebruiken in sensortechnologie of biologische reiniging. "Werkelijk, het is een beetje zoals het spelen van computerspelletjes in het laboratorium, " beschrijft de chemicus haar buitengewone onderzoekswerk in een interview met de Volkswagen Foundation.

De Simmchen-groep werkt met de zogenaamde 'Janusdeeltjes'. Deze bestaan ​​uit een lichaam van titaandioxide met twee verschillend gecoate zijden:één zijde met een katalytisch actieve laag van nikkel en goud, de andere kant blijft onbehandeld. Titaandioxide wordt gebruikt als bleekmiddel, bijvoorbeeld in muurverf, maar het reageert ook met licht. Als resultaat, Janusdeeltjes zijn fotokatalytisch, wat betekent dat zodra er licht op valt, er treden chemische reacties op die een beweging in gang zetten.

De groep heeft nu een uiterst ongebruikelijk fenomeen in de beweging van Janus-deeltjes waargenomen en geanalyseerd:zodra de deeltjes een verlichte zone in de microscoop verlaten, ze draaien zichzelf om en zwemmen terug - een gedrag dat eigenlijk alleen bekend is van micro-organismen. Maar hoe kan dergelijk complex gedrag worden geactiveerd bij synthetische microzwemmers?

Eerste auteur Lukas Niese en Dr. Simmchen konden aantonen dat zolang de deeltjes actief zijn in het licht, hun zwemrichting wordt gestabiliseerd door een combinatie van fysisch-chemische effecten. Zodra de deeltjes niet meer aan licht worden blootgesteld, er is geen energieomzetting en de bewegingsrichting is niet meer stabiel. "In dit geval, " legt Lukas Niese uit, "de natuurlijke thermische beweging (Brownse beweging) zet in. Dit zorgt ervoor dat de deeltjes virtueel omdraaien, en dan zwemmen ze terug in het blootgestelde gebied."

"Het feit dat zulke simpele effecten als de Brownse Beweging tot zo'n complex gedrag kunnen leiden, was behoorlijk verbazingwekkend en indrukwekkend, vooral in termen van de evolutie en de ontwikkeling van vaardigheden. We zouden deze eigenschap kunnen gebruiken voor de gerichte besturing van microrobots. Er zijn toepassingen denkbaar waarbij de deeltjes verontreinigingen uit vloeistoffen filteren en verwijderen of medicijnen door het lichaam transporteren, en misschien zelfs vervoersinformatie, " zegt dr. Simmchen, uitleg over de betekenis van de ontdekking.