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Physikalische Chemie: Öltropfen finden selbstständig durch ein Labyrinth

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Ein chemisches Konzentrationsgefälle lässt winzige Tropfen aus Mineralöl oder dem organischen Lösungsmittel Dichlormethan ganz von alleine zum Ausgang eines komplexen Irrgartens wandern. Auf Grundlage dieses Experiments ließen sich womöglich neue Krebstherapien entwickeln, so das Team um Bartosz Grzybowski von der Northwestern University in Illinois. Der Zielpunkt entspräche dann den Tumorzellen.

Die Wissenschaftler fertigten die rund sieben Quadratzentimeter großen Labyrinthe aus Silizium und befüllten diese mit einer alkalischen Lösung aus Kaliumhydroxid. Die nur wenige Millimeter messenden Tröpfchen versahen Grzybowski und seine Kollegen mit einer schwachen Säure sowie einem roten Farbstoff und platzierten sie an den Startpunkt des Irrgartens. Am Ausgang deponierten sie dagegen ein in Salzsäure getränktes Agarose-Gel.

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Weg durch das Labyrinth | In den beiden Abbildungen sind die Wege zweier Tropfen durch das Labyrinth nachgezeichnet. Links läuft der Tropfen zielgerichtet gen Ziel (gestrichelter Kasten), während das rechts gezeigte Exemplar erst nach einigem Hin und Her auf den Ausgang zusteuert.
Die meisten Tropfen fanden innerhalb von nur einer Minute den kürzesten Weg durch das Labyrinth, berichten die Forscher. Der Grund dafür sei die zum Ziel hin steigende Säurekonzentration, denn die dort befindliche Salzsäure breite sich langsam in der alkalischen Lösung des Labyrinths aus. Dieser chemische Gradient würde dafür sorgen, dass der Teil des Tropfens, der gen Ausgang zeigt, saurer ist als die zum Start weisende Hälfte. Dadurch besitzen die beiden Seiten aber eine unterschiedliche Oberflächenspannung, was den Tropfen in Richtung des Ziels bewegen würde, erklären die Autoren.

Im Menschen könnten mit Medikamenten gefüllte Tröpfchen auf dieselbe Weise eigenständig zu Krebstumoren navigieren, hoffen die Wissenschaftler, schließlich sei die Säurekonzentration hier höher als im restlichen Körper. Zwar gäbe es bereits eine Vielzahl von Ansätzen, um Krebsmedikamente direkt zu Krebszellen zu transportieren, wie etwa Nanopartikel oder Liposomen. Jedoch falle es bisher schwer, im Labyrinth von Gefäßen und Gewebe auch tatsächlich an den Bestimmungsort zu gelangen. (mp)



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  • Quellen
Lagzi, I. et al.: Maze Solving by Chemotactic Droplets. In: Journal of the American Chemical Society, 10.1021/ja9076793, 2010.

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