Posterpreis für die Entwicklung aktiv schwimmender Kapseln
- Neues aus der Fakultät 2015
Auf dem „11. Zigmondy-Kolloquium“ der Kolloidgesellschaft in Bielefeld hat Monika Pella vor einigen Tagen den Preis für das beste Poster gewonnen. Frau Pella promoviert in der Physikalischen Chemie bei Prof. Dr. Rehage, und sie hat die Auszeichnung für ihre Arbeiten über „Synthesis and investigation of asymmetric, viscoelastic micro-swimmers with a propulsion mechanism based on chemical reactions“ erhalten. Frau Pella beschäftigt sich im Rahmen ihrer Promotionsarbeit mit Mikrokapseln, die in der Medizin und Pharmazie als Speichermedien für Medikamente oder andere Inhaltsstoffe bereits vielfach eingesetzt werden.
Um pilzförmige Mikrokapseln, die aus Agarose-Gelen bestehen, zum Schwimmen zu bringen, enthalten diese Partikel an einem Ende einen chemischen Reaktor, der aus eingelagertem Kaliumpermanganat besteht. Wasserstoffperoxid, das sich als Treibstoff in der äußeren, wässrigen Phase befindet, kann durch die poröse Agarosematrix ins Innere der Kapseln diffundieren und dort mit den Manganationen reagieren.
2 MnO4- + 5 H2O2 + 6 H+ -> 2 Mn2+ + 8 H2O + 5 O2
Bei dieser chemischen Umsetzung entstehen am Stiel der pilzförmigen Kapseln Sauerstoffbläschen, die die Mikroschwimmer nach dem Rückstoßprinzip antreiben. Aufgrund ihrer speziellen Form und der Dichte schwimmen die Kapseln für 10-20 Minuten an der Wasseroberfläche mit Geschwindigkeiten zwischen 2-4 cm/s. Die schrittweise, ungerichtete Bewegung der Kapseln wird „active Brownian motion“ genannt, und sie tritt in ähnlicher Form auch bei Mikroorganismen in der Natur auf. Das langfristige Ziel der Forschungsarbeiten, die durch ein Schwerpunktprogramm der DFG gefördert werden, liegt in der Entwicklung neuartiger Kapseln, die sich selbstständig fortbewegen können und dabei Inhaltsstoffe dosiert abgeben. Derartige Techniken sind für moderne Applikationen von Arzneimitteln zukünftig von großer Bedeutung.