Gel mit Peristaltik

20.08.2008: Biologische Systeme sind zu autonomen Bewegungen fähig, die kontinuierlich einem eigenen Rhythmus und eigenen räumlichen Mustern gehorchen. So beruht beispielsweise die Peristaltik unseres Darms zum Teil auf einem Eigenrhythmus der Muskulatur. Japanische Forscher um Shingo Maeda von der Waseda University haben nun ein Polymergel entwickelt, das ohne äußere Stimulierung eine peristaltische Bewegung vollführt.

Ein Gel ist ein schwammartiges dreidimensionales Netzwerk, dessen Poren mit einer Flüssigkeit gefüllt sind. Geheimnis des Gels ist eine spezielle chemische Reaktion, die in dieser Flüssigkeit abläuft. Sie beruht auf der so genannten Belousov-Zhabotinsky-Reaktion,. Es handelt sich dabei um ein System mehrerer rückgekoppelter chemischer Reaktionen, d.h. Stoffe in der Reaktionsfolge beeinflussen ihre eigene Bildungsgeschwindigkeit. Solche Systeme zeigen eine zeitliche Oszillation, die sich in Form räumlicher Muster manifestieren kann. Die Reaktion sorgt dafür, dass im Gel enthaltene Rutheniumionen periodisch ihre Oxidationsstufe ändern. Das Gel ist so aufgebaut, dass es verschieden stark aufquillt, je nachdem, welche Ladung das Ruthenium trägt. Die oszillierende chemische Reaktion sorgt dafür, dass das Gel periodisch an- und abschwillt.

Ein bandförmiges Gelstück wird der Länge nach wellenförmig von an- und abschwellenden Bereichen durchlaufen. Auf diese Weise entsteht eine peristaltische Bewegung. Legt man einen kleinen zylindrischen Gegenstand auf das Gel, wird dieser durch die fortschreitende Wellenbewegungen vorwärts gerollt.

Originalveröffentlichung: Shingo Maeda; „Peristaltic Motion of Polymer Gels“; Angewandte Chemie 2008, 120, No. 35, 6792--6795