Roboter aus 3D-Druck 01.09.2015, 08:51 Uhr

Mikro-Fische filtern Gifte aus Wasser heraus

Winzige Roboter-Fische könnten mal Großes leisten: US-Forscher druckten mit einem speziellen 3D-Druck Mikro-Fische, die Gifte aus verunreinigtem Wasser filtern können. Denkbar ist aber auch, dass sie Medikamente im menschlichen Körper transportieren. Aus der Theorie könnte bald mehr werden. 

Die kleiner Roboterfische aus dem 3D-Drucker können Gifte aus verunreinigtem Wasser herausfiltern. 

Die kleiner Roboterfische aus dem 3D-Drucker können Gifte aus verunreinigtem Wasser herausfiltern. 

Foto: W. Zhu, J. Li/UC San Diego Jacobs School of Engineering.

Wissenschaftler an der Universität von Kalifornien in San Diego haben dazu eine Grundlagenarbeit vorgelegt. Eine, die hoffen lässt: Denn im Gegensatz zu den meisten anderen Mini-Robotern leisten diese komplexen Mikro-Fische auf relativ einfache Weise erstaunlich viel. Fürs bloße Auge sind sie kaum sichtbar, weil sie noch nicht einmal so groß sind wie ein menschliches Haar. In Zahlen ausgedrückt ist ein Mikro-Schwimmer 120 µm lang und 30 µm breit.

Für die Bewegungen Nanopartikel in Kopf und Flosse

Um vorwärtszukommen haben die Mikro-Schwimmer einen chemischen Antrieb: Ihre Flossen werden mit Aluminiumpartikeln versetzt. Diese wiederum reagieren mit Wasserstoffperoxid in Flüssigkeiten und dadurch setzt sich die Flosse in Bewegung. Für die Steuerung werden in den Köpfen magnetische Eisenoxid-Nanopartikel „installiert“. Mit Hilfe von Magneten können die Fischköpfe dann ihr Ziel ansteuern.

In Sekunden werden hunderte Fische gedruckt

Für die Herstellung hat das Team um den  Nanoingenieur Shaochen Chen eine schnelle hochauflösende 3D-Druck-Technik entwickelt, die sich Microscale Continuous Optical Printing (µCOP) nennt. Damit können innerhalb von Sekunden Hunderte von Fischen gedruckt werden.

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Die Forscher verwenden dabei lichtempfindliches Material, das Schicht für Schicht aufgebaut wird und durch UV-Licht aushärtet. Beim Design kann man beliebig experimentieren.

Fische leuchten beim Herausfiltern der Gifte rot

Also könnte man auch Haie oder Mantas losschicken, um Giftstoffe aus verunreinigtem Wasser herauszufiltern. Die Reinigung von Wasser könnte nach den Vorstellungen der Forscher ganz klar ein Einsatzgebiet der Mikro-Schwimmer sein. Um zu zeigen wie das vonstatten gehen soll, wurde das Druckmaterial bei den Tests mit giftneutralisierenden Nanopartikeln gespickt.

Die Flossen der Mikro-Fische enthalten Aluminiumpartikel. Diese reagieren mit Wasserstoffperoxid in Flüssigkeiten, wobei sich die Flosse in Bewegung setzt. Für die Steuerung werden in den Köpfen magnetische Eisenoxid-Nanopartikel installiert. Mit Hilfe von Magneten können die Fischköpfe dann ihr Ziel ansteuern. 

Die Flossen der Mikro-Fische enthalten Aluminiumpartikel. Diese reagieren mit Wasserstoffperoxid in Flüssigkeiten, wobei sich die Flosse in Bewegung setzt. Für die Steuerung werden in den Köpfen magnetische Eisenoxid-Nanopartikel installiert. Mit Hilfe von Magneten können die Fischköpfe dann ihr Ziel ansteuern. 

Quelle: J. Warner/UC San Diego Jacobs School of Engineering

Die Forscher legten die Roboter-Fische in eine verseuchte Flüssigkeit und sahen, dass sie während des Entgiftungsprozesses anfingen rot zu leuchten. Man könnte sie daher auch zum Aufspüren von Toxinen einsetzen. Auch im menschlichen Körper. Dort könnten die Roboter aber auch gezielt Medikamente in bestimmte Zonen transportieren. Etwa in den Verdauungstrakt.

Bis die Mikro-Objekte reif sind für die Praxis, wird es noch dauern. Der Co-Autor der Studie „3D Printed Artificial Microfish“ Wei Zhu allerdings hofft, dass sie irgendwann sogar gute Dienste als chirurgische Roboter leisten werden – um Operationen präziser durchführen zu können als heute. 

Ein Beitrag von:

  • Lisa von Prondzinski

    Die Journalistin und freie Redakteurin bedient die Fachbereiche Gesundheit, Wissenschaft und Soziales.

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