Aktive Tropfen verstehen
Nicht alle Tröpfchen gleichen sich. Tatsächlich sind einige aktiv, während andere passiv sind. „Während passive Tröpfchen im Gleichgewicht oder in der Nähe davon sind, sind aktive Tröpfchen von Natur aus instabil“, erklärt Job Boekhoven(öffnet in neuem Fenster), außerordentlicher Professor an der Technischen Universität München(öffnet in neuem Fenster) (TUM). „Das bedeutet, dass sich aktive Tröpfchen – anders als passive – als Reaktion auf einen Brennstoff bilden und in dessen Abwesenheit wieder zerfallen.“ Mit anderen Worten: Die Moleküle, aus denen aktive Tröpfchen bestehen, müssen durch brennstoffgetriebene Reaktionen gebildet werden – andernfalls würden sie ständig zerfallen. „Keines dieser Verhaltensweisen entspricht dem, was wir von „normalen“ Tröpfchen kennen, beispielsweise aus Ihrer Vinaigrette oder Milch“, ergänzt Boekhoven. Das EU-finanzierte Projekt ActiDrops will das ungewöhnliche Verhalten aktiver Tröpfchen besser verstehen.
Das unerwartete Verhalten aktiver Tröpfchen
Das vom Europäischen Forschungsrat(öffnet in neuem Fenster) geförderte und von der Technischen Universität München koordinierte Projekt ActiDrops hat Modellsysteme entwickelt, mit denen Forschende die einzigartigen Phänomene und Verhaltensweisen aktiver Tropfen untersuchen können. Eine der interessantesten Erkenntnisse war, dass diese Tröpfchen ihre Größe steuern können, wenn sie aktiv sind. Laut Boekhoven ist dieses Verhalten das genaue Gegenteil von dem, was man bei Tröpfchen im Gleichgewicht beobachtet. „Wenn man sich eine Vinaigrette ansieht, erkennt man, dass die Öltröpfchen nicht stabil sind, sondern weiter wachsen“, erklärt er. Die Forschenden entdeckten außerdem ein neues und völlig unerwartetes Verhalten: Unter bestimmten Bedingungen können sich aktive Tröpfchen von einem Tröpfchen in eine Hülle aus Tröpfchenmaterial verwandeln. „Das ist vergleichbar mit einer massiven Bowlingkugel, die sich in einen hohlen Fußball verwandelt“, erklärt Boekhoven. Boekhoven erklärt, dass dies aus thermodynamischer Sicht keinen Sinn ergibt, da die neue Struktur eine größere Oberfläche aufweist, was unerwünscht ist. „Wir haben festgestellt, dass die Tröpfchen sich nicht aufgrund thermodynamischer Prozesse so verhalten, sondern aufgrund der Kinetik der Aktivierung und Deaktivierung“, fügt er hinzu. „Es war ein bemerkenswerter Moment, herauszufinden, warum und wie Tröpfchen dies tun.“
Vom Labor ins Leben – aktive Tröpfchen sind allgegenwärtig
Die Ergebnisse des Projekts zeigen bereits konkrete Auswirkungen in der Praxis. „Aktive Tröpfchen sind keine rätselhaften Substanzen, die nur in unserem Labor zu finden sind, sondern kommen in der Biologie überall vor“, erklärt Boekhoven. „Je mehr wir über sie erfahren, desto offenkundiger wird es, wie wichtig sie für ein gesundes Leben sind.“ Da beispielsweise entdeckt wurde, dass aktive Tröpfchen eine wichtige Rolle bei Krankheiten spielen, besteht die Möglichkeit, dass sie zur Entwicklung neuer Substanzen für die Verabreichung von Medikamenten und für Anwendungen in der synthetischen Biologie genutzt werden können. Dies setzt jedoch voraus, dass Forschende in der Lage sind, die biologische Version aktiver Tröpfchen zu untersuchen. „Das im Rahmen des ActiDrops-Projekts entwickelte Bottom-up-Modell macht solche Forschungen möglich“, erklärt Boekhoven. Boekhoven und sein Team nutzen diese Modelle bereits, um Leben zu synthetisieren. „Synthetisches Leben würde die Biotechnologie vollständig revolutionieren und die Herstellung von Medikamenten sowie den Abbau unerwünschter Kunststoffe und anderer Schadstoffe ermöglichen“, schließt er.
