Perfekt verpackte Tropfen

Amherst (USA) - Feste Mikropartikel lassen sich mit Beschichtungsverfahren schnell und effizient in schützende Hüllen verpacken. Doch für Flüssigkeiten gestaltet sich eine entsprechende Verkapselung deutlich schwieriger. Spezielle Arzneien oder gar neue Emulsionen mit bisher unerreichten Eigenschaften im Blick, entwickelten nun amerikanische Forscher eine verblüffend einfache und elegante Methode, um Tropfen mit hauchdünnen Plastikfolien zu umhüllen. Wie sie in der Fachzeitschrift „Science“ berichten, genügte die kinetische Energie eines fallenden Tropfens, damit dieser perfekt in eine dünne Plastikhaut gehüllt werden konnte.

„Uns gelang es, Tropfen in verschiedenen Geometrien wie Würfeln, Pyramiden oder Falttaschen zu verpacken“, sagt Narayanan Menon von der University of Massachusetts in Amherst. Gemeinsam mit seinen Kollegen ließ der Physiker winzige Öltropfen aus einer Pipette in eine mit Wasser gefüllte Küvette tropfen. Auf der Wasserfläche schwamm eine dünne und durchsichtige Folie aus Polystyrol mit variabler Dicke zwischen 46 und 372 Nanometern. Fiel der Tropfen nur aus bis zu fünf Zentimeter Höhe, zerplatzte er einfach und verteilte sich gleichmäßig auf der Wasseroberfläche. Doch bei größeren Fallhöhen reichte die kinetische Energie aus, um die Folie in das Wasser zu drücken. Diese legte sich dabei selbstständig binnen 30 bis 40 Millisekunden um den Öltropfen herum und verkapselte ihn. Wegen der relativ hohen Dichte sank diese Kapsel darauf auf den Boden der Küvette.

Die Form der Tropfenkapsel hing dabei von dem Zuschnitt der Polystyrol-Folie ab. Sehr gut funktionierte dieser Prozess, wenn die Kapsel die Form einer Maultasche annahm. Da sich die Oberflächenspannung von Öl und Wasser grundlegend unterscheiden, blieb der Tropfen sicher von der Polystyrol-Folie umhüllt. Die Forscher umhüllten so nicht nur Öltropfen in Wasser, sondern mit doppelschichtigen Folien aus einem fluorierten Polymer für die ölige und Polystyrol für die wässrige Seite auch Wassertropfen in der organischen Flüssigkeit Hexadecan. „Diese Methode könnte für die Verkapselung von chemisch empfindlichen Flüssigkeiten in einer flüssigen Umgebung genutzt werden“, sagt Menon. Giftige Flüssigkeiten könnten so von ihrer Umgebung abgetrennt werden.

Aber auch für die Entwicklung flüssiger Arzneien, bei denen die verkapselte Flüssigkeit nicht unmittelbar nach dem Schlucken, sondern etwa erst im Darm freigesetzt werden soll, könnte dieses Verfahren eine Anwendung finden. Selbst eine neue Art von Emulsionen haben die Forscher im Sinn. „Mit diesen fein veteilten Kapseln könnten diese Emulsionen viele verschiedene Eigenschaften aufweisen“, ist Menon überzeugt. Auf diesem Weg wollen die Forscher aber die Details dieser Aufprall-Verkapselung noch genauer untersuchen, um die Methode auf weitere Flüssigkeiten erweitern zu können.