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Inhalt und Ziel des Forschungsprojekts
Vor kurzem habe wir eine neue nanofluidische Umsetzung von künstlichen Brownschen Motoren für den Transport von Nanopartikeln demonstriert. Für die Funktion nutzen wir die Wechselwirkung zwischen den geladenen Teilchen und Oberflächen im Wasser aus. Indem wir eine Oberfläche strukturieren, können wir räumlich die Wechselwirkung der Teilchen mit der Oberfläche modulieren. Weiterhin braucht man zur Funktion eine alternierende Kraft auf die Teilchen, die wir mit Hilfe von elektrischen Feldern realisierten. Wir konnten zeigen, dass unsere Motoren 60-100 Nanometer grosse Gold Nanopartikel mit einer Geschwindigkeit von bis zu 50 Mikrometern pro Sekunde transportieren können. Ausserdem konnten wir mit einer komplexeren Struktur 60 und 100 Nanometer Partikel innerhalb von Sekunden räumlich separieren.
Mit einem elektrostatischen Modell konnten wir zeigen, dass man mit der gleichen Struktur zwei Nanopartikel Populationen mit einem Unterschied von 1 Nanometer im Radius separieren können sollte. Das erste Ziel dieses Projektes ist es, dies experimentell mit Hilfe von DNA Molekülen zu bestätigen. DNA kann mit einer Genauigkeit von einem Basenpaar synthetisiert werden und mit einem Farbstoff versehen werden, über dessen Farbe die zwei Populationen getrennt werden können. Weiterhin soll im Projekt ein Chip entwickelt werden, der in der Lage ist, Partikel aus hochverdünnten Flüssigkeiten zu separieren, anzureichern und zu detektieren. Die Motoren werden in diesem Fall gebraucht, um die Partikel aktiv zum Sensor zu transportieren. Durch diesen aktiven Transport sollte es möglich sein, die Partikel zu konzentrieren und mit einer um Grössenordnungen höheren Sensitivität zu detektieren.
Wissenschaftlicher und gesellschaftlicher Kontext des Forschungsprojekts
Wir untersuchen neue Konzepte, um die Grössenverteilung und Konzentration von Nanopartikeln in Flüssigkeiten zu bestimmen. Ganz generell werden Nanopartikel immer häufiger von der Industrie benutzt, was Fragen zur Umweltverträglichkeit und Auswirkung auf die Gesundheit aufwirft. Gleichzeitig sind die Partikel aber schwer zu quantifizieren. Mit unserer Arbeit werden wir dazu beitragen, dass man Nanopartikel in der Zukunft sensitiver und quantitativ detektieren kann.