Mikro-Ikebana

22. Mai 2013 von Laborjournal

Schöne Sache: Harvard-Forscher züchten mikroskopische „Blumen“, indem sie die Selbstorganisationsprozesse gewisser Kristalle entsprechend steuern. Und das sieht dann etwa so aus:

Oder so: 

Indes ging es den Autoren nicht nur um Schönheit alleine. Vielmehr erhebt Erstautor Wim Noorduin vom Biomineralization and Biomimetics Lab der Harvard School of Engineering and Applied Sciences quasi einen evolutionsbiologisch-erkenntnisbringenden Anspruch für seine Studie, wenn er sagt:

For at least 200 years, people have been intrigued by how complex shapes could have evolved in nature. This work helps to demonstrate what’s possible just through environmental, chemical changes.

Das lassen wir jetzt erstmal so stehen — und schlüsseln an dieser Stelle lieber auf, worin diese „environmental, chemical changes“ genau bestehen. Oder konkret, wie die Harvard-Leute diese Mikro-Blumen zustande gebracht haben. Der Trick sind chemische Gradienten, wie sie auch in der Natur immer wieder für die Bildung diskreter Strukturen sorgen — siehe etwa das Wachstum der Calciumcarbonat-Schalen bei Muscheln und Schnecken. Für Noorduins Mikro-Blumen funktionierte das folgendermaßen:

To create the flower structures, Noorduin and his colleagues dissolve barium chloride (a salt) and sodium silicate (also known as waterglass) into a beaker of water. Carbon dioxide from air naturally dissolves in the water, setting off a reaction which precipitates barium carbonate crystals. As a byproduct, it also lowers the pH of the solution immediately surrounding the crystals, which then triggers a reaction with the dissolved waterglass. This second reaction adds a layer of silica to the growing structures, uses up the acid from the solution, and allows the formation of barium carbonate crystals to continue.

„You can really collaborate with the self-assembly process,“ says Noorduin. „The precipitation happens spontaneously, but if you want to change something then you can just manipulate the conditions of the reaction and sculpt the forms while they’re growing.“

Increasing the concentration of carbon dioxide, for instance, helps to create ‚broad-leafed‘ structures. Reversing the pH gradient at the right moment can create curved, ruffled structures.

 

Wobei noch zu sagen bleibt, dass die Autoren den Strukturen die Farben nachträglich im Computer zufügten. Eigentlich sehen sie so aus:

Noorduin & Co. betonen allerdings:

[..] but it is possible to grow such structures by using materials that have different colors and other properties.

Wie auch immer, Science war’s schon so eine Veröffentlichung wert. Und die steht jetzt in deren Volume 340 auf den Seiten 822-23.

(Bilder: Wim Noorduin)

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