Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

DWI-Wissenschaftler programmieren die Lebensdauer von Nanostrukturen

08.04.2015

Materialien, die sich eigenständig bilden und sich nach getaner Arbeit ohne weiteres Zutun auflösen, könnten vielseitigen Einsatz finden – als temporäre Datenspeicher oder medizintechnische Werkstoffe. Sie könnten etwa den Blutfluss einer Vene für die Dauer einer Operation unterbrechen und ihn anschließend wieder freigeben.

Das Team um Dr. Andreas Walther vom DWI – Leibniz-Institut für Interaktive Materialien in Aachen entwickelte ein System, in dem ein einziges Startsignal nicht nur den Aufbau von Nanostrukturen, sondern auch deren Lebensdauer und Abbau zeitlich steuert. Ihre Ergebnisse veröffentlichen die Wissenschaftler als Titelpublikation in der Zeitschrift Nano Letters.


DWI-Wissenschaftler programmieren die Bildung, Lebensdauer und den Abbau von Nanostrukturen, die aus einzelnen Polymersträngen zusammengesetzt sind.

Foto: Thomas Heuser /DWI

Biologisch inspirierte Prinzipien zur Bildung komplexer Materialstrukturen sind eine der primären Forschungsinteressen von Andreas Walther. Um immer feinere Objekte zu generieren, greift die Nanotechnologie auf das Prinzip der Selbstassemblierung zurück.

Winzige Partikel ordnen sich hier durch intermolekulare Wechselwirkungen zu dreidimensionalen Architekturen – bis ein Gleichgewichtszustand erreicht ist. Die Natur geht allerdings noch einen Schritt weiter. Sie hält bestimmte Prozesse außerhalb eines solchen Gleichgewichts. Auf- und Abbaureaktionen stehen in direkter Konkurrenz zueinander. Beispielsweise erfahren Mikrotubuli, Bestandteile des Zellskeletts, kontinuierlichen Auf-, Ab- und Umbau.

In Anlehnung an diese Prozesse entwickelte die Arbeitsgruppe von Andreas Walther nun ein wässriges, nach außen abgeschlossenes System, in dem die Balance zwischen aufbauender Reaktion und vorprogrammierter Aktivierung der Abbaureaktion die Material-Lebensdauer vorgibt. Der gesamte Prozess wird von einem einzigen Startsignal initiiert. Dies stellt den wesentlichen Unterschied zu bereits bestehenden Systemen dar, in denen immer ein weiteres Signal notwendig, ist um den Abbau auszulösen.

Im vorliegenden DWI-Ansatz steuern Änderungen des pH-Werts die Auf- und Abbaureaktion. Die Wissenschaftler drücken eine Art Startknopf, indem sie eine Base in das wässrige System geben und auf diese Weise den pH-Wert erhöhen. Die Ausgangsmoleküle, einzelne Polymerstränge, Nanopartikel oder Peptid-Stränge, fügen sich daraufhin zu einer dreidimensionalen Struktur zusammen. Gleichzeitig mobilisiert die Änderung des pH-Werts auch einen Deaktivator.

Doktorand Thomas Heuser erklärt: „Man kann sich hier vorstellen, dass mit der Veränderung des pH-Werts ganz allmählich ein Ausschalter betätigt wird. Bis er seine volle Wirkung entfaltet, vergeht einige Zeit. Je nach chemischer Beschaffenheit des Ausschalters sind es einige Minuten, Stunden oder sogar ein ganzer Tag. Dementsprechend bleibt das Aggregat in diesem Zeitraum stabil und wird erst danach in seine einzelnen Bestandteile aufgelöst.“

Bisher wird der Deaktivator durch Hydrolyse aktiviert, also durch Reaktion mit Wassermolekülen und die damit verbundene Spaltung einer chemischen Bindung. Doch die Wissenschaftler feilen bereits an einer neuen Variante und möchten dann Enzyme einsetzen, um den Abbauprozess langsam zu initiieren.

Weitere Informationen:

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nl5039506

Dr. Janine Hillmer | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Zebras: Immer der Erinnerung nach
24.05.2017 | Senckenberg Forschungsinstitut und Naturmuseen

nachricht Wichtiges Regulator-Gen für die Bildung der Herzklappen entdeckt
24.05.2017 | Universität Basel

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: Orientierungslauf im Mikrokosmos

Physiker der Universität Würzburg können auf Knopfdruck einzelne Lichtteilchen erzeugen, die einander ähneln wie ein Ei dem anderen. Zwei neue Studien zeigen nun, welches Potenzial diese Methode hat.

Der Quantencomputer beflügelt seit Jahrzehnten die Phantasie der Wissenschaftler: Er beruht auf grundlegend anderen Phänomenen als ein herkömmlicher Rechner....

Im Focus: A quantum walk of photons

Physicists from the University of Würzburg are capable of generating identical looking single light particles at the push of a button. Two new studies now demonstrate the potential this method holds.

The quantum computer has fuelled the imagination of scientists for decades: It is based on fundamentally different phenomena than a conventional computer....

Im Focus: Tumult im trägen Elektronen-Dasein

Ein internationales Team von Physikern hat erstmals das Streuverhalten von Elektronen in einem nichtleitenden Material direkt beobachtet. Ihre Erkenntnisse könnten der Strahlungsmedizin zu Gute kommen.

Elektronen in nichtleitenden Materialien könnte man Trägheit nachsagen. In der Regel bleiben sie an ihren Plätzen, tief im Inneren eines solchen Atomverbunds....

Im Focus: Turmoil in sluggish electrons’ existence

An international team of physicists has monitored the scattering behaviour of electrons in a non-conducting material in real-time. Their insights could be beneficial for radiotherapy.

We can refer to electrons in non-conducting materials as ‘sluggish’. Typically, they remain fixed in a location, deep inside an atomic composite. It is hence...

Im Focus: Hauchdünne magnetische Materialien für zukünftige Quantentechnologien entwickelt

Zweidimensionale magnetische Strukturen gelten als vielversprechendes Material für neuartige Datenspeicher, da sich die magnetischen Eigenschaften einzelner Molekülen untersuchen und verändern lassen. Forscher haben nun erstmals einen hauchdünnen Ferrimagneten hergestellt, bei dem sich Moleküle mit verschiedenen magnetischen Zentren auf einer Goldfläche selbst zu einem Schachbrettmuster anordnen. Dies berichten Wissenschaftler des Swiss Nanoscience Institutes der Universität Basel und des Paul Scherrer Institutes in der Wissenschaftszeitschrift «Nature Communications».

Ferrimagneten besitzen zwei magnetische Zentren, deren Magnetismus verschieden stark ist und in entgegengesetzte Richtungen zeigt. Zweidimensionale, quasi...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Meeresschutz im Fokus: Das IASS auf der UN-Ozean-Konferenz in New York vom 5.-9. Juni

24.05.2017 | Veranstaltungen

Diabetes Kongress in Hamburg beginnt heute: Rund 6000 Teilnehmer werden erwartet

24.05.2017 | Veranstaltungen

Wissensbuffet: „All you can eat – and learn”

24.05.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Hochspannung für den Teilchenbeschleuniger der Zukunft

24.05.2017 | Physik Astronomie

3D-Graphen: Experiment an BESSY II zeigt, dass optische Eigenschaften einstellbar sind

24.05.2017 | Physik Astronomie

Optisches Messverfahren für Zellanalysen in Echtzeit - Ulmer Physiker auf der Messe "Sensor+Test"

24.05.2017 | Messenachrichten