Gel erzeugt Kontraktion durch Bestrahlung

Ein neuartiges Gel lässt sich mit Hilfe von Lichtimpulsen ausdehnen und kontrahieren. Das Material könnte als Bauteil in Robotern oder als künstliche Muskeln in der Medizin zum Einsatz kommen.

Bei dem neuartigen Material handelt es sich um ein sogenanntes Hydrogel. Es enthält zwar zu einem bestimmten Anteil Wasser ist selbst aber nicht wasserlöslich. Wissenschaftlern der Universität Osaka schafften es jetzt, einen Hydrogel-Block durch die Bestrahlung mit Licht zu steuern. Den Forschern gelang es, sowohl die Form als auch die Größe des Polymers zu verändern. Die mechanische Steuerung eines Materials durch Lichteinwirkung nennt sich Fotorestriktion. Je nach Wellenlänge des Lichts variiert deren Wirkung. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Japaner in der Fachzeitschrift Nature Communications.

Zunächst galt es, ein Material mit den gewünschten Eigenschaften herzustellen. Dazu kombinierten die Forscher mehrere Polymere aus unterschiedlichen chemischen Gruppen. Als Ergebnis entstand ein mehrere Zentimeter großer gelatineartiger Block. Unter Einwirkung von UV-Licht nahm dessen Umfang um ein Viertel zu. Durch die Bestrahlung mit blauem Licht ließ sich die Größe des Würfels wieder auf den Anfangswert reduzieren. In einem ersten Praxistest, konstruierten die Forscher eine kleine Spirale, die sich je nach Lichteinwirkung ausdehnte oder zusammenzog.

Das entscheidende an der japanischen Entwicklung ist dabei der große Umfang, in dem die Größenänderung stattfinden kann. Die Wissenschaftler machen hierfür die einzigartige Anordnung der verschiedenen Polymere verantwortlich. Bereits im Jahr 2010 berichteten französische Forscher von einem ähnlichen Effekt. Den Wissenschaftlern war es gelungen, ein kleines Stück Bismutferrit durch Lichteinwirkung auszudehnen. Im Vergleich zum Gel der Japaner fiel die damals erzielte Veränderung jedoch minimal aus.

„Supramolekulare Hydrogele sind wichtig, um weiche Maschinen nach dem Vorbild der Natur zu realisieren”, erklärt Entwickler Akira Harada. Die Eigenschaft des Materials, auf Licht zu reagieren, besitzt demnach großes Potenzial. Beispielsweise könnten Antriebselemente konstruiert werden, deren Bewegungen sich mit Lichtimpulsen steuern lassen. Aber auch bei medizinischen Implantaten wäre eine Anwendung denkbar. Beispielsweise könnte das Material bei Stents zum Einsatz kommen. Durch eine kontrollierte Ausdehnung ließen sich dort Blutgefäße offen halten. Derzeit arbeiten die Forscher daran, die Ausdehnungsgeschwindigkeit des Hydrogels zu erhöhen. Außerdem wollen sie den Ausdehnungsumfang erweitern.

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