Zwei antennenartige Fühler machen einzellige Mikroalgen zu fantastischen Schwimmern. Diese Fähigkeit haben sich zwei Forscherinnen vom Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme zu Nutze gemacht. Sie verwandelten die Organismen in Miniroboter, die beispielsweise als Wirkstofftransporter in der Medizin zum Einsatz kommen könnten.

Magnetische Mikroalge als Mikroroboter

Im Rahmen der Studie wollten die Forscherinnen Birgül Akolpoglu und Saadet Fatma Baltaci herausfinden, ob die Mikroalge auch durch enge Räume und zähe Flüssigkeit, wie sie im menschlichen Körper vorkommt, schwimmen kann. Ihr Ziel war es, die Oberfläche der einzelligen Organismen mit einem magnetischen Material so zu funktionalisieren, dass sich die Zellen wie ein Mikroroboter in jede gewünschte Richtung steuern lassen. Dafür beschichteten sie Algen mit dem Biopolymer Chitosan und magnetischen Nanopartikeln. Bei neun von zehn Mikroalgen funktionierte die magnetische Beschichtung problemlos. Diese biohybriden Miniroboter wurden dann sowohl in einer wasserähnlichen als auch in einer zähen Flüssigkeit getestet. In beiden Fällen wurden die magnetischen Mikroalgen mithilfe externer Magnetfelder gesteuert und entlang winziger 3D-gedruckter Röhrchen manövriert.

Magnetische Steuerung funktioniert

Wie das Team in der Fachzeitschrift Matter berichtet, blieb die Schwimmfähigkeit der Mikroalge durch die magnetische Beschichtung „weitgehend unbeeinträchtigt“, während sie ohne Beschichtung entweder steckenblieb oder sich rückwärts bewegte. „Mit magnetischer Steuerung bewegten sie sich jedoch reibungsloser und umgingen Hindernisse“, sagt Co-Erstautorin der Publikation, Birgül Akolpoglu. „Die magnetische Steuerung half den Mikroschwimmern, sich an der Richtung des Feldes auszurichten. Sie zeigten echtes Potenzial für die Navigation in engen Räumen – als würde man sie mit einer Art winzigem GPS ausstatten.“

Potenzial nicht nur in der Biomedizin

Der Studie zufolge hat die Viskosität jedoch Einfluss auf die Schwimmfähigkeit der beschichteten Mikroalge. Erst als das Magnetfeld anlag, bewegten sich die Schwimmer. „Dies zeigt, wie die Feinabstimmung von Viskosität und magnetischer Ausrichtung die Navigation von Mikrorobotern in komplexen Umgebungen optimieren kann“, sagt Saadet Fatma Baltaci. Die Forscherinnen sind überzeugt, dass die Miniroboter aus Algen „Türen für Anwendungen wie die gezielte Medikamentenabgabe“ öffnen und ein „aufregendes Potenzial für zukünftige Innovationen in der Biomedizin und darüber hinaus bieten“. 

bb