Von Schallwellen gepackt

Der Vorteil des etwa münzgroßen Geräts wird vor allem im Zusammenhang mit einem wichtigen Versuchstier der Wissenschaft deutlich: dem Würmchen Caenorhabditis elegans. Der etwa einen Millimeter lange Fadenwurm dient als Modellsystem für biologische und medizinische Grundlagenforschung. Dabei müssen die Winzlinge oft mikroskopisch untersucht oder manipuliert werden. Die mobilen Würmchen dabei im Fokus zu halten, ohne sie zu verletzen, ist jedoch oft ein schwieriges Unterfangen. Es gibt zwar bereits Verfahren, die mittels Laserstrahlen Objekte berührungslos halten und bewegen können, sie erzeugen allerdings zerstörerische Hitze und sind teuer. Bei dem Ultraschallsystem sei das dagegen nicht der Fall, sagen die Forscher.

Partikel zeichnen eine Buchstabenfolge nach

Die Funktion des Geräts beruht auf Bauteilen, die von vier Seiten ein Druckfeld aus Ultraschall erzeugen und auf ein Objekt in der Mitte ausrichten. Sie bestehen aus einem sogenannten piezoelektrischen Material, das durch elektrischen Strom in Schwingung versetzt werden kann. Je nach angelegter Spannung bildet sich so ein regulierbares Ultraschall-Feld, das in einem flüssigen Medium Druckwellen verursacht. So entstehen Kräfte, die ein enthaltenes Objekt an einem definierten Ort festhalten. Durch Veränderung der Wellenlänge des Ultraschall-Feldes kann es dann in alle horizontalen Richtungen bewegt werden.

Auf diese Weise konnten die Forscher nicht nur Fadenwürmer festhalten und bewegen, sondern auch wesentlich kleinere Objekte, darunter zehn Mikrometer große Kunststoffkügelchen und Blutzellen. Um zu demonstrieren, wie präzise das Gerät diese Objekte positionieren kann, haben die Wissenschaftler die Buchstabenfolgen “PNAS” für die Fachzeitschrift, in der sie ihre Entwicklung vorstellen, und PSU für “Penn State University” entstehen lassen. Dabei wurde ein einzelnes Objekt immer wieder verschoben und anschließend fotografiert. Aus der Kombination der Bilder entstand dann die Schrift. Bisher können die Forscher also Objekte aus dem Mikro- bis Millimeterbereich bewegen. Prinzipiell könnten höhere Frequenzen aber auch Nanoteilchen positionieren, glauben Xiaoyun Ding und seine Kollegen. Dieser ?winzigen? Herausforderung wollen sie sich nun zukünftig widmen.