Für die Erforschung der Herstellung und Eigenschaften von dynamischen Flüssigkolloiden, einer neuartigen Form künstlich aktiver Emulsionssysteme, erhält die unabhängige Nachwuchsgruppe von Dr. Lukas Zeininger eine zweite Förderphase von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG).

Öl-in-Wasser oder Wasser-in-Öl Emulsionen sind zentrale Bestandteile einer Vielzahl von Lebensmitteln und Alltagsprodukten wie Kosmetik- und Medizinartikeln, Farben und Waschmitteln. Aufbauend auf der Untersuchung klassischer Einkomponenten-Tröpfchen richtet die Arbeitsgruppe von Dr. Lukas Zeininger verstärkt ein Augenmerk auf die Herstellung und Untersuchung von Emulsionen bestehend aus mehrphasigen Tropfen, den komplexen Emulsionen. Diese Systeme sind in einzigartiger Weise von außen zu steuern, welches Anwendungen von der Biosensorik bis hin zur Konstruktion autonom agierender, selbstbewegter Mikroreaktoren ermöglicht. Dies gilt als erster Schritt zu weichen Kleinstrobotern mit „dezentraler Intelligenz“.

In der ersten Förderphase standen die Grundlagenforschung zu neuartigen Synthesestrategien sowie die Untersuchung der zu Grunde liegenden physikalisch-chemischen Eigenschaften im Zentrum. „Highlights waren sicherlich die Herstellung biokompatibler responsiver Emulsionen auf wässriger Basis, die Entwicklung einer hochsensitiven und effektiven Sensorplattform zum Nachweis von Lebensmittelbakterien, sowie der erstmalige Nachweis einer reversiblen chemotaktischen Fortbewegung von Emulsionstropfen als Reaktion auf spezifische Krankheitserreger“, sagt Lukas Zeininger.

In der Fortführung des Projektes steht nun die autonome Reaktionsfähigkeit der komplexen Emulsionssysteme im Zentrum. „Hier lernen wir von Phänomenen in der Natur. So ‚wissen‘ Tannenzapfen beispielsweise, ohne jegliche externe Steuerung, wann sie ihre Saat freigeben, indem sie auf optimale Temperatur und Feuchtigkeit reagieren,“ sagt Zeininger. Er ergänzt: „Ein weiteres anschauliches Beispiel ist die Immunantwort des Körpers, wo wenige molekulare Wechselwirkungen an den Oberflächen von speziellen Zellen genügen, um ohne Impuls von Nerven oder dem Gehirn eine Krankheit zu bekämpfen.“

In der Emmy Noether Nachwuchsgruppe sollen die hier zu Grunde liegenden Konzepte auf künstliche, synthetisch einfach herstellbare Partikel übertragen werden, um so gezielt auf chemische Reize autonom agierende Mikro- und Nanoroboter herzustellen. Auf diese Weise sollen komplexe emergente Verhaltensweisen von künstlichen Systemen realisiert werden. Hierzu zählen deren selbstregulierte Fähigkeit zu kommunizieren, sich zu bewegen, sich weiterzuentwickeln und sich selbst in vorgegebenen Mustern oder Netzwerken zu organisieren. „Ziel ist es letztendlich unsere Mikro- und Nanoroboter mit den in der Natur beobachteten Regulations- und Bewegungsfähigkeiten konkurrieren zu lassen“ sagt Lukas Zeininger.

Weiterführende Informationen zu Dr. Lukas Zeininger aus Prof. Dr. Dr. h.c. Markus Antoniettis Abteilung: https://www.mpikg.mpg.de/6207047/responsive-soft-materials-interfaces