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Forscher tricksen Brownsche Bewegung aus

Astronomie|Physik Technik|Digitales

Forscher tricksen Brownsche Bewegung aus
Zellen, biologische Moleküle und vielleicht sogar Viren könnten sich schon bald viel einfacher als bisher mit Mikroskopen untersuchen lassen. Eine Forschergruppe der Stanford-Universität hat es nämlich geschafft, die bekannte Zitterbewegung derartig winziger Objekte in Wasser mittels eines eleganten Verfahrens einzufrieren. Dazu werden die Untersuchungsobjekte ständig mit kleinen Flüssigkeitsströmen beschossen, die dem Zittern entgegenwirken. Darüber berichtet das Fachmagazin Physical Review Letters (Band 94 Artikel 118102).

Dass mikroskopische Objekte wie etwa Zellen oder Pollen in Flüssigkeiten einem ständigen Zittern ausgesetzt sind, ist schon seit dem 19. Jahrhundert bekannt. Diese so genannte Brownsche Bewegung wird durch die Wärmebewegung der Wassermoleküle verursacht, die ständig auf das Untersuchungsobjekt aufprallen und dieses so in eine ungeordnete Bewegung versetzen. Adam Cohen und seine Kollegen aus Stanford haben nun eine elegante Methode zur Überwindung dieses oftmals hinderlichen Phänomens gefunden.

Dabei wird das Untersuchungsobjekt in ein quadratisches, mit Wasser gefülltes Becken einer Seitenlänge von etwa 20 Mikrometern gebracht. In den vier Ecken des Beckens befinden sich vier Kanäle, die zusätzlich mit Elektroden verbunden sind. Auf diese Weise können die Kanäle einem elektrischen Feld ausgesetzt werden. Dadurch geben die Glaswände der Röhren Wasserstoffionen ab, die daraufhin über einen als Elektroosmose bekannten Effekt bei ihrer Wanderung durch das Feld Wassermoleküle mitreißen und somit einen winzigen Flüssigkeitsstrom erzeugen.

Auf diese Weise lässt sich die Zitterbewegung des Untersuchungsobjekts quasi einfrieren, so Cohen. Dessen Bewegung muss dazu nur mittels eines Mikroskops untersucht werden. Sobald sich das Objekt etwa nach rechts zu bewegen beginnt, berechnet ein die Mikroskopbilder auswertender Computer ein elektrisches Feld, das zu einem Flüssigkeitsstrom in entgegengesetzter Richtung führt. Dadurch lässt sich das Objekt im Zentrum des Beckens in einem Umkreis von etwa 500 Nanometern einfangen.

Zur Fixierung mikroskopischer Objekte wurden bisher zumeist optische Pinzetten eingesetzt ? Laserstrahlen, die das Objekt polarisieren und somit im Zentrum des Strahls festhalten. Diese Methode kann im Allgemeinen allerdings bei nur wenigen Nanometer großen Objekten nicht mehr angewendet werden, da die Wechselwirkung mit dem Lichtfeld zu schwach ist. Das hydraulische Verfahren der kalifornischen Forscher hingegen weist nach Angaben der Wissenschaftler keine derartige Beschränkung auf.

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