Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Bauanleitung für Nanolampen

18.06.2009
Mit zwei Verfahren lässt sich die Größe von Nanopartikeln kontrollieren, die als winzige Lichtquellen dienen könnten

Für die kleinsten Lampen der Welt gibt es jetzt gleich zwei neue Bauanleitungen. Nach diesen Plänen haben Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Kolloid- und Grenzflächenforschung Nanopartikel maßgeschneidert, die als Positionsleuchten an Zellproteinen, künftig vielleicht aber auch als Lichtquellen für Bildschirme oder für die optische Informationstechnik dienen könnten. In mikroskopisch kleinen Membranbläschen haben die Forscher Cadmiumsulfid-Teilchen hergestellt. Je nachdem, welcher ihrer Anleitungen sie folgen, können diese vier oder 50 Nanometer groß sein. Da die Membranbläschen etwa so groß sind wie lebende Zellen, könnte die Arbeit der Wissenschaftler auch einen Hinweis darauf geben, wie Nanostrukturen in der Natur entstehen. (Small, published online: 8. Juni 2009/DOI: 10.1002/smll.200900560)


Chemie in einer Blase: Vesikel mit verschiedenen Ausgangsstoffen tragen in ihrer Membran unterschiedliche Leuchtstoffe (a). Wenn die Bläschen verschmelzen, bilden sich rot leuchtende Nanopartikel (b). Im Transmissionselektronenmikroskop sind die Partikel als helle Punkte zu erkennen (c). Bild: MPI für Kolloid- und Grenzflächenforschung

Bei Arbeiten in kleinsten Dimensionen sind Zellen und Mikroorganismen große Meister. Wie besonders effiziente Mikrofabriken stellen sie nur wenige Nanometer, also Millionstel Millimeter, große Teilchen und Strukturen aus anorganischem Material wie etwa Kalk her. Diese Fähigkeit könnten Zellen zwei verschiedenen Kniffen verdanken: zum einen biochemischen Hilfsmitteln, nämlich Peptiden, die den Kalk in eine gewünschte Form bringen. Zum anderen könnte ihnen dabei helfen, dass sie selbst sehr klein sind. Daher können auch die Kalkpartikel nicht unbegrenzt wachsen - wenn der Zelle das Calciumcarbonat, der Baustoff von Kalk, ausgeht, ist Schluss.

"Dass Zellen quasi ein geschlossenes Reaktionsgefäß bilden, haben wir uns zum Vorbild genommen, um Nanopartikel herzustellen", sagt Rumiana Dimova. Ihre Arbeitsgruppe erforscht am Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung Membranen, wie sie auch Zellen umhüllen. Aus Lecithin-Membranen, die biologischen Membranen ähneln, formen die Chemikerin und ihre Mitarbeiter rund 50 Mikrometer große Bläschen. Diese Membranbläschen - die Wissenschaftler sprechen von Vesikeln - bilden ebenso wie Zellen ein geschlossenes Reaktionsgefäß. Die Membranbläschen laden die Wissenschaftler jeweils mit einem von zwei Ausgangsstoffen für die Nanopartikel.

Von hier an folgen die Forscher zwei unterschiedlichen Anleitungen. Im einen Fall stellen sie Bläschen mit beiden Ausgangsstoffen her, einmal mit Natriumsulfid und einmal Cadmiumchlorid. Die Bläschen mit den unterschiedlichen Ladungen bringen die Wissenschaftler anschließend zusammen und vereinigen jeweils zwei Vesikel zu einem größeren Bläschen - indem sie auf den Bläschen-Cocktail einen kurzen, aber sehr starken elektrischen Puls abgeben. Der Elektroschock verschmilzt die Membranen zweier benachbarter Bläschen.

In vielen Fällen vereinigen sich dabei zwei Bläschen mit unterschiedlichen Ausgangsstoffen. Diese reagieren dann zu Cadmiumsulfid, das sich in Wasser nicht löst und daher in Form von Nanopartikeln ausfällt. "Da die Ausgangsstoffe in den fusionierten Bläschen nur begrenzt vorhanden sind, wachsen die Partikel nur, bis sie vier Nanometer groß sind", erklärt Rumiana Dimova. Den ganzen Prozess konnten die Wissenschaftler im Mikroskop gut verfolgen, weil sie in die Membranen der unterschiedlich beladenen Vesikel verschiedene Leuchtstoffe einbauten. Und auch die Nanopartikel sahen die Forscher heranwachsen, weil die Teilchen wie kleine Lampen leuchten.

In ihrem zweiten Verfahren stellen die Forscher nur Bläschen mit einem der Ausgangsstoffe her. Nachdem sich die Bläschen gebildet haben, nehmen die Forscher sie anders als im ersten Prozedere nicht aus der Reaktionskammer. Stattdessen bleiben die Bläschen über kleine Membrankanäle wie Luftballone an Schnüren mit ihrer Unterlage verbunden und stehen dabei in derselben Lösung, die sie auch in ihrem Inneren enthalten. Das ändern die Forscher um Rumiana Dimova jetzt aber: Sie tauschen die Lösung mit der ersten Zutat für die Nanopartikel gegen eine mit dem zweiten Bestandteil aus. Im Inneren der Bläschen ändert sich dabei aber zunächst nichts. Nur allmählich kriecht die zweite Zutat zwischen Membran und Unterlage in den Kanal zu dem Bläschen. Im Bläschen, wo die andere Zutat schon wartet, wachsen dann wieder die Nanopartikel - diesmal bis zu einer Größe von 50 Nanometern.

"Mit unserer Methode haben wir erstmals in Vesikeln, die der Größe der Zellen entsprechen, Partikel mit einem bestimmten Durchmesser hergestellt", sagt Rumiana Dimova. Auch vorher haben Wissenschaftler schon Nanopartikel in Membranbläschen hergestellt. Die Membranbläschen waren mit einigen Nanometern Durchmesser aber sehr viel kleiner als die Mikrobläschen der Potsdamer Forscher und auch viel kleiner als biologische Zellen. Nicht zuletzt deshalb dachten Biologen, Zellen seien bei der Synthese von Nanopartikeln auf die Hilfe von Peptiden angewiesen. Doch es geht auch ohne, wie Rumiana Dimova und ihre Mitarbeiter festgestellt haben.

[PH]

Originalveröffentlichung:

Peng Yang, Reinhard Lipowsky, and Rumiana Dimova
Nanoparticle Formation in Giant Vesicles: Synthesis in Biomimetic Compartments
Small, published online, 8. Juni 2009/DOI: 10.1002/smll.200900560
Weitere Informationen erhalten Sie von:
Dr. Rumiana Dimova
Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung, Potsdam
Tel.: +49 331 567-9615
Fax: +49 331 567-9612
E-Mail: Rumiana.Dimova@mpikg.mpg.de

Dr. Felicitas von Aretin | Max-Planck-Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Forscher finden Hinweise auf verknotete Chromosomen im Erbgut
20.10.2017 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz

nachricht Aus der Moosfabrik
20.10.2017 | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Hochfeldmagnet am BER II: Einblick in eine versteckte Ordnung

Seit dreißig Jahren gibt eine bestimmte Uranverbindung der Forschung Rätsel auf. Obwohl die Kristallstruktur einfach ist, versteht niemand, was beim Abkühlen unter eine bestimmte Temperatur genau passiert. Offenbar entsteht eine so genannte „versteckte Ordnung“, deren Natur völlig unklar ist. Nun haben Physiker erstmals diese versteckte Ordnung näher charakterisiert und auf mikroskopischer Skala untersucht. Dazu nutzten sie den Hochfeldmagneten am HZB, der Neutronenexperimente unter extrem hohen magnetischen Feldern ermöglicht.

Kristalle aus den Elementen Uran, Ruthenium, Rhodium und Silizium haben eine geometrisch einfache Struktur und sollten keine Geheimnisse mehr bergen. Doch das...

Im Focus: Schmetterlingsflügel inspiriert Photovoltaik: Absorption lässt sich um bis zu 200 Prozent steigern

Sonnenlicht, das von Solarzellen reflektiert wird, geht als ungenutzte Energie verloren. Die Flügel des Schmetterlings „Gewöhnliche Rose“ (Pachliopta aristolochiae) zeichnen sich durch Nanostrukturen aus, kleinste Löcher, die Licht über ein breites Spektrum deutlich besser absorbieren als glatte Oberflächen. Forschern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es nun gelungen, diese Nanostrukturen auf Solarzellen zu übertragen und deren Licht-Absorptionsrate so um bis zu 200 Prozent zu steigern. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler nun im Fachmagazin Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.1700232

„Der von uns untersuchte Schmetterling hat eine augenscheinliche Besonderheit: Er ist extrem dunkelschwarz. Das liegt daran, dass er für eine optimale...

Im Focus: Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht

Im Blut zirkulierende Biomoleküle und Zellen sind Träger diagnostischer Information, deren Analyse hochwirksame, individuelle Therapien ermöglichen. Um diese Information zu erschließen, haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT ein Mikrochip-basiertes Diagnosegerät entwickelt: Der »AnaLighter« analysiert und sortiert klinisch relevante Biomoleküle und Zellen in einer Blutprobe mit Licht. Dadurch können Frühdiagnosen beispielsweise von Tumor- sowie Herz-Kreislauf-Erkrankungen gestellt und patientenindividuelle Therapien eingeleitet werden. Experten des Fraunhofer ILT stellen diese Technologie vom 13.–16. November auf der COMPAMED 2017 in Düsseldorf vor.

Der »AnaLighter« ist ein kompaktes Diagnosegerät zum Sortieren von Zellen und Biomolekülen. Sein technologischer Kern basiert auf einem optisch schaltbaren...

Im Focus: Neue Möglichkeiten für die Immuntherapie beim Lungenkrebs entdeckt

Eine gemeinsame Studie der Universität Bern und des Inselspitals Bern zeigt, dass spezielle Bindegewebszellen, die in normalen Blutgefässen die Wände abdichten, bei Lungenkrebs nicht mehr richtig funktionieren. Zusätzlich unterdrücken sie die immunologische Bekämpfung des Tumors. Die Resultate legen nahe, dass diese Zellen ein neues Ziel für die Immuntherapie gegen Lungenkarzinome sein könnten.

Lungenkarzinome sind die häufigste Krebsform weltweit. Jährlich werden 1.8 Millionen Neudiagnosen gestellt; und 2016 starben 1.6 Millionen Menschen an der...

Im Focus: Sicheres Bezahlen ohne Datenspur

Ob als Smartphone-App für die Fahrkarte im Nahverkehr, als Geldwertkarten für das Schwimmbad oder in Form einer Bonuskarte für den Supermarkt: Für viele gehören „elektronische Geldbörsen“ längst zum Alltag. Doch vielen Kunden ist nicht klar, dass sie mit der Nutzung dieser Angebote weitestgehend auf ihre Privatsphäre verzichten. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entsteht ein sicheres und anonymes System, das gleichzeitig Alltagstauglichkeit verspricht. Es wird nun auf der Konferenz ACM CCS 2017 in den USA vorgestellt.

Es ist vor allem das fehlende Problembewusstsein, das den Informatiker Andy Rupp von der Arbeitsgruppe „Kryptographie und Sicherheit“ am KIT immer wieder...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Das Immunsystem in Extremsituationen

19.10.2017 | Veranstaltungen

Die jungen forschungsstarken Unis Europas tagen in Ulm - YERUN Tagung in Ulm

19.10.2017 | Veranstaltungen

Bauphysiktagung der TU Kaiserslautern befasst sich mit energieeffizienten Gebäuden

19.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Forscher finden Hinweise auf verknotete Chromosomen im Erbgut

20.10.2017 | Biowissenschaften Chemie

Saugmaschinen machen Waschwässer von Binnenschiffen sauberer

20.10.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Strukturbiologieforschung in Berlin: DFG bewilligt Mittel für neue Hochleistungsmikroskope

20.10.2017 | Förderungen Preise