Chemische Fortbewegung

Forschungen zur eigenständigen Bewegung künstlicher Mikro‐ und Nanoobjekte bilden die Grundlage für mögliche Anwendungen wie die Selbstorganisation von Überstrukturen, bewegliche Sensoren oder den Wirkstofftransport. Zwar unterscheiden sich die Antriebsmechanismen der beschriebenen Systeme, in jedem Fall beruht die Bewegung aber auf der lokalen Umwandlung von chemischer Energie in mechanische Energie. Der Einsatz von Katalysatoren, die direkt in die Objekte integriert werden, erzeugt nichtdissipative Systeme, die sich zielgerichtet bewegen können. Entscheidend beim Aufbau von Nano‐ und Mikromotoren ist die asymmetrische Platzierung des Katalysators, da diese zu einem ungleichmäßigen Verbrauch des Substrats und einer ungleichmäßigen Verteilung der Reaktionsprodukte führt, die schließlich in eine Bewegung umgesetzt werden. Die Natur nutzt die gleichen Konzepte, um selbständige Bewegung zu ermöglichen. Als Alternative zu dissipativen Methoden, um kleine Objekte mithilfe physikalischer Wechselwirkungen und chemischer Reaktionen in Bewegung zu versetzen, können katalytische Reaktionen die freie chemische Energie der Umgebung in asymmetrische Gradienten umwandeln, die eine gezielte mechanische Bewegung antreiben. Hier werden diese Verfahren sowie einige Aspekte der Umwandlung von chemischer in mechanische Energie im Mikromaßstab diskutiert.