Wissenschaftler ahmen La-Ola-Wellen von Flimmerhärchen nach

dpa/lsw Tübingen/Stuttgart. Mit magnetisch geladenen, künstlichen Flimmerhärchen gelingt es Forschern, die Bewegung von Flüssigkeit nachzuahmen - so ähnlich wie in gesunden Eileitern oder Lungen. Noch ist es Grundlagenforschung, der Nutzen für den Menschen wäre aber groß.

Künstliche Flimmerhärchen. Foto: Xin Qian/Max-Planck-Institut/dpa

Künstliche Flimmerhärchen. Foto: Xin Qian/Max-Planck-Institut/dpa

Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Intelligente Systeme haben künstliche Flimmerhärchen entwickelt, die so programmiert werden können, dass sie sich wie eine La-Ola-Welle bewegen. Sie ahmen damit Zilien im menschlichen Körper nach, heißt es in einer Pressemitteilung vom Donnerstag in Tübingen. Zilien sind haarähnliche Strukturen, die zum Beispiel in den Atemwegen vorkommen. Dort liegen sie wie ein Teppich auf der Schleimhaut. Durch die Zilienbewegung werden Schleim und an ihm haftende, unerwünschte Substanzen aus den Atemwegen befördert.

Ähnliche Flimmerhärchen kommen auch in den Eileitern vor, die Eizellen in Richtung Gebärmutter transportieren. Die Zukunftsvision ist, dass eines Tages millimeterkleine Roboter, die Flüssigkeiten pumpen können, im menschlichen Körper eingesetzt werden und so beispielsweise Frauen helfen, deren Eizellen sich nicht mehr oder nur langsam bewegen.

Der Roboter, den die Wissenschaftler entwickelt haben, ähnelt echten Flimmerhärchen sehr. Der Unterschied ist jedoch die Größe: Jede Nachbildung einer Zilie ist knapp einen Millimeter lang. Das ist Hundert Mal größer als ein natürliches Flimmerhärchen, wie es zum Beispiel in einer Lunge vorkommt. Die künstlichen Flimmerhärchen bestehen aus einem gummiähnlichen Kunststoff. Die Wissenschaftler bauten in ihn magnetisch geladene Partikel in einem ganz bestimmten Muster ein.

So wurde jedes Härchen programmierbar: Die Forscher können nicht nur die Bewegung jedes einzelnen Flimmerhärchens fernsteuern, sondern auch die koordinierte Bewegung aller Flimmerhärchen im Zusammenspiel mit ihren Nachbarn. Dies erzeugt einen optimalen Flüssigkeitsstrom.

Die Forschung an natürlichen Flimmerhärchen und ihrem Verhalten ist nach Auskunft des Max-Planck-Instituts eine schwierige Aufgabe, da echte Zilien oft nur wenige Mikrometer klein sind. Selbst mit einem Mikroskop seien sie nur sehr schwer zu sehen. Zudem sei es unmöglich, ihre Bewegung zu kontrollieren.

Indem sie Zilien künstlich nachbildeten, gelang es den Wissenschaftlern nun aber, den Zusammenhang zwischen der Koordination und dem damit ausgelösten Flüssigkeitsstrom experimentell aufzuzeigen. „Mit unserem künstlichen System können wir die Flimmerhärchen-Bewegung ähnlich wie echte Flimmerhärchen in einem größeren Maßstab nachahmen, wobei immer die gleichen physikalischen Gesetze gelten“, sagte der Wissenschaftler Xiaoguang Dong. Das Forschungsprojekt wurde im Fachjournal „Science Advances“ veröffentlicht.

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Erstellt:
12. November 2020, 12:40 Uhr

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