Spritzige Tropfendüse

News: Spritzige Tropfendüse

Für viele Anwendungen in der Biologie, Medizin und Technik benötigt man winzige Tröpfchen definierter Größe. Besonders solche sind gefragt, die noch von einer Schutzhülle aus einer anderen Flüssigkeit oder eines Polymers umgeben sind. Mit zwei ineinander geschachtelten, unter elektrischer Spannung stehenden Düsen gelingt dies vergleichsweise leicht, wie Wissenschaftler zeigten.

Thorsten Krome

Mediziner möchten Medikamente zielgerichtet an den Einsatzort bringen, ohne dass der Wirkstoff schon auf dem Weg dorthin abgebaut wird. Damit dies gelingt, muss die Arznei von einer Hülle umgeben sein, die sich möglichst erst dann auflöst, wenn das Ziel erreicht ist. Außerdem soll sie dem Wirkstoff auch den Zugang zu einem Organ oder gar einer Zelle öffnen. Dazu muss die Hülle unter anderem auch die richtige Größe besitzen: Kügelchen von wenigen Mikrometern bis hinab zu einigen Hundert Nanometern Durchmesser, gefüllt mit dem passenden Wirkstoff, wären dafür genau das Richtige.

Auch für andere Zwecke in Industrie und Forschung sind solche Kügelchen mit Füllung gut zu gebrauchen, doch ist es oftmals schwierig, sie in der gewünschten Größe herzustellen. Ignacio Loscertales von der Universidad de Málaga hat nun mit seinen Kollegen ein Verfahren entwickelt, mit dem sich solche Tröpfchen mit Hülle aus zwei nicht mischbaren Substanzen herstellen lassen.

Dazu verwendeten die Wissenschaftler eine Düse aus zwei konzentrisch ineinander geschachtelten Röhrchen. Aus dem Inneren strömte eine elektrisch leitfähige Flüssigkeit, aus der Äußeren eine isolierende. Dabei war die Düse vertikal aufgestellt, sodass schon die Schwerkraft an den Flüssigkeiten zerrte. Ein elektrisches Feld von einigen Kilovolt zwischen der äußeren Öffnung und einer Probe am Boden zog den Flüssigkeitsstrom in die Länge und ließ so einen dünner werdenden Strahl, einen so genannten Taylor-Konus entstehen.

Auch die innere Kapillare der Düse konnte ein bestimmtes elektrisches Potenzial tragen, das sich auf beliebige Werte zwischen dem Potenzial der äußeren Öffnung und dem der Bodenplatte einstellen ließ. So konnten die Forscher je nach Viskosität der Fluide den inneren und äußeren Radius des Flüssigkeitsstrahls bestimmen. Strahldurchmesser zwischen einigen Dutzend Nanometern und Zehntel-Mikrometer ließen sich so erzeugen. Schließlich ab einer gewissen Fallhöhe brach jedoch der kontinuierliche Strom ab, und es bildeten sich Tröpfchen von einheitlicher Größe zwischen 150 Nanometer und zehn Mikrometer im Durchmesser.

Loscertales und seine Kollegen experimentierten mit Wasser und Olivenöl aber auch mit anderen Flüssigkeiten zusammen mit einer Polymerlösung funktionierte das Konzept. Letztere lässt sich mithilfe von ultraviolettem Licht aushärten, sodass sich ein feste Kunststoffschale um einen Flüssigkeitskern bildete. Mit solchen Kügelchen könnte man nun Oberflächen beschichten, um diesen besondere Eigenschaften zu verleihen. Es ist aber auch denkbar, auf diese Weise medizinische Wirkstoffe zu verpacken, um sie geschützt an die richtige Stelle im Oranismus zu transportieren.