Nanostrukturen Material wechselt Farben wie ein Chamäleon

Forscher haben ein Spezialmaterial entwickelt, das beim Zusammenziehen oder Ausdehnen seine Farbe ändert. Bekleidung wird man daraus kaum fertigen. Aber vielleicht, so hoffen die Forscher, taugt es für Medikamententests.

Herzzellen auf Mikrorillen
Fu et al./ Sci. Robot. 3/ eaar85

Herzzellen auf Mikrorillen


Nicht alle Farben werden bei Lebewesen durch Farbpigmente hervorgerufen. Bei vielen Pflanzen und Tieren sorgen auch winzige Oberflächenstrukturen dafür, dass sich die sichtbaren Farben je nach Perspektive und Lichteinfall ändern. Ein beeindruckendes Beispiel ist das Tiefschwarz des Paradiesvogels.

Seit einigen Jahren können Wissenschaftler solche Oberflächen mit Nanotechnologie auch gezielt herstellen. Eine besonders eindrückliche Anwendung kommt jetzt aus China. Forscher dort haben Material so gestaltet, dass Licht unterschiedlich reflektiert, je nachdem, ob es minimal gedehnt oder gestaucht wird.

Als Vorbild diente der Farbwechsel beim Chamäleon, wie die Gruppe um Yuanjin Zhao von der Southeast University in Nanjing im Fachjournal "Science Robotics" schreibt. Der Clou dabei: Für die zum Farbwechsel nötige Bewegung sorgen Herzmuskelzellen. Diese ziehen sich wie beim schlagenden Herzen regelmäßig zusammen - und verformen so das Material.

Zellen in der Matrix

Der Weg zum Farbwechselmaterial war kompliziert: Zunächst fertigten die Forscher ein Gitter aus Siliziumdioxid-Nanopartikeln. Dann trugen sie darauf ein Hydrogel auf, um alle Hohlräume zu verfüllen. Mit ultraviolettem Licht härteten die Forscher das Gel dann aus. Anschließend entfernten sie mit einem Ätzverfahren die ursprünglichen Nanopartikel.

So erhielten sie eine Oberfläche mit exakt ausgerichteten Hohlräumen, auf der sie die Herzmuskelzellen von jungen Ratten ansiedelten. Nach einer Weile stimmten diese ihre jeweilige Kontraktion aufeinander ab - und bei jedem "Herzschlag" änderte die Oberfläche ihre Farbe. Als ein praktisches Anwendungsbeispiel fertigten die Forscher einen Schmetterling, dessen Flügel schlägt und sich verfärbt.

Rot oder regenbogenfarben

Dann testeten Zhao und Kollegen auch eine biomedizinische Anwendung: In einer kleinen, mit Flüssigkeit gefüllten Kammer reihten sie mehrere Stücke des Materials auf. Bei entspannten Muskeln leuchtete das Material rot, bei Kontraktionen dagegen in Regenbogenfarben.

Nach ihrer Auffassung könnte man mit dieser Vorrichtung die Wirkung von Medikamenten auf Herzzellen testen, wobei die Farbwechsel die Reaktionen widerspiegeln. Die Forscher hoffen zudem, dass ihr Verfahren eine "breite Anwendung bei der Gestaltung einer Vielzahl von intelligenten Antriebselementen und Soft-Robotics-Geräten" findet.

Stefan Parsch, dpa/chs

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