Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Kristalline Verbeugung

20.05.2016

Makroskopische Selbstoszillation: Kristall beugt und streckt sich unter blauem Licht

Mikroroboter und Nanomaschinen sind keine reine Utopie mehr. Eine der größten Herausforderungen ist jedoch noch immer, die Bewegung einzelner Moleküle oder Molekülverbände in eine strukturierte makroskopische Bewegung zu übertragen, die sich so lange kontinuierlich wiederholt, wie das System mit Energie versorgt wird.


Makroskopische Selbstoszillation

(c) Wiley-VCH

Japanische Wissenschaftler stellen in der Zeitschrift Angewandte Chemie jetzt ein solches selbstoszillatorisches System vor: einen plättchenförmigen Kristall, der sich abwechselnd beugt und wieder streckt– im stetigen Wechsel, solange er in Wasser mit blauem Licht bestrahlt wird.

Bei den Plättchen, die das Team um Sadamu Takeda und Yoshiyuki Kageyama von der Hokkaido University (Sapporo) enwickelt hat, handelt es sich um Mischkristalle aus Ölsäure und einer Azobenzol-Verbindung in einem speziellen Mischungsverhältnis.

Entscheidend sind die zwei über eine Azobrücke verbundenen Phenylringe der Azobenzol-Verbindung. Sie können entweder trans oder cis angeordnet sein, d.h. auf entgegengesetzten Seiten einer gedachten Ebene entlang der Azo-Brücke liegen oder auf derselben Seite. Im flachen Kristall liegen 99,8 % der Moleküle als trans-Isomer vor.

Blaues Licht regt die Moleküle an, die Azo-Brücken „lockern“ sich und es kann bei einigen Molekülen zu einer Umordnung (Isomerisierung) in die cis-Konfiguration kommen. Dies verändert ihre Form, stört die Kristallstruktur und erzeugt eine Spannung. Ab einem bestimmten Prozentsatz an cis-Isomeren wird die Spannung so groß, dass sich die Morphologie ändert: Das Plättchen beugt sich.

Wird weiter bestrahlt, klappt das Plättchen irgendwann wieder in den flachen Zustand zurück. Weshalb? Auch cis-Isomere werden durch das blaue Licht angeregt und können ihre Struktur ändern – in die trans-Form. Warum dabei die Population der cis-Isomere wieder abnimmt, ist noch nicht abschließend geklärt. Entweder kann das Molekül in der cis-Form die Lichtenergie besser „einfangen“.

Oder die veränderte molekulare Anordnung in der neuen Kristallphase verändert die Lichtabsorption der Moleküle gegenüber dem „normalen“ Kristall. Unterschreitet der Anteil an cis-Isomeren wieder den Grenzwert, kann die ursprüngliche Kristallstruktur wieder eingenommen werden, das Plättchen klappt zurück in die gestreckte Geometrie. Dann startet der Zyklus von Neuem.

Während das Ausmaß der Krümmung von den Dimensionen des individuellen Kristalls abhängt, hat die Lichtstärke einen Einfluss auf die Klappgeschwindigkeit: Je stärker bestrahlt wird, desto schneller erfolgt der Formwechsel.

Diese Umwandlung von Lichtenergie in eine mechanische Bewegung könnte für das Design von Materialien interessant sein, die die Bewegung von Tieren, zellulären Bestandteilen oder dynamischen technischen Bauteilen nachahmen, etwa in Mikromaschinen.

Angewandte Chemie: Presseinfo 14/2016

Autor: Yoshiyuki Kageyama, Hokkaido University (Japan), http://www.sci.hokudai.ac.jp/~y.kageyama/public/

Link zum Originalbeitrag: http://dx.doi.org/10.1002/ange.201600218

Angewandte Chemie, Postfach 101161, 69451 Weinheim, Germany.

Weitere Informationen:

https://presse.angewandte.de

Dr. Renate Hoer | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Kontinentalrand mit Leckage
27.03.2017 | MARUM - Zentrum für Marine Umweltwissenschaften an der Universität Bremen

nachricht Neuen molekularen Botenstoff bei Lebererkrankungen entdeckt
27.03.2017 | Universitätsmedizin Mannheim

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: Das anwachsende Ende der Ordnung

Physiker aus Konstanz weisen sogenannte Mermin-Wagner-Fluktuationen experimentell nach

Ein Kristall besteht aus perfekt angeordneten Teilchen, aus einer lückenlos symmetrischen Atomstruktur – dies besagt die klassische Definition aus der Physik....

Im Focus: Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen

Eine internationale Forschergruppe mit dem Bayreuther Biochemiker Prof. Dr. Clemens Steegborn präsentiert in 'Science' neue, für die Biomedizin wegweisende Forschungsergebnisse zur Rolle des Moleküls NAD⁺ bei der Korrektur von Schäden am Erbgut.

Die Zellen von Menschen und Tieren können Schäden an der DNA, dem Träger der Erbinformation, bis zu einem gewissen Umfang selbst reparieren. Diese Fähigkeit...

Im Focus: Designer-Proteine falten DNA

Florian Praetorius und Prof. Hendrik Dietz von der Technischen Universität München (TUM) haben eine neue Methode entwickelt, mit deren Hilfe sie definierte Hybrid-Strukturen aus DNA und Proteinen aufbauen können. Die Methode eröffnet Möglichkeiten für die zellbiologische Grundlagenforschung und für die Anwendung in Medizin und Biotechnologie.

Desoxyribonukleinsäure – besser bekannt unter der englischen Abkürzung DNA – ist die Trägerin unserer Erbinformation. Für Prof. Hendrik Dietz und Florian...

Im Focus: Fliegende Intensivstationen: Ultraschallgeräte in Rettungshubschraubern können Leben retten

Etwa 21 Millionen Menschen treffen jährlich in deutschen Notaufnahmen ein. Im Kampf zwischen Leben und Tod zählt für diese Patienten jede Minute. Wenn sie schon kurz nach dem Unfall zielgerichtet behandelt werden können, verbessern sich ihre Überlebenschancen erheblich. Damit Notfallmediziner in solchen Fällen schnell die richtige Diagnose stellen können, kommen in den Rettungshubschraubern der DRF Luftrettung und zunehmend auch in Notarzteinsatzfahrzeugen mobile Ultraschallgeräte zum Einsatz. Experten der Deutschen Gesellschaft für Ultraschall in der Medizin e.V. (DEGUM) schulen die Notärzte und Rettungsassistenten.

Mit mobilen Ultraschallgeräten können Notärzte beispielsweise innere Blutungen direkt am Unfallort identifizieren und sie bei Bedarf auch für Untersuchungen im...

Im Focus: Gigantische Magnetfelder im Universum

Astronomen aus Bonn und Tautenburg in Thüringen beobachteten mit dem 100-m-Radioteleskop Effelsberg Galaxienhaufen, das sind Ansammlungen von Sternsystemen, heißem Gas und geladenen Teilchen. An den Rändern dieser Galaxienhaufen fanden sie außergewöhnlich geordnete Magnetfelder, die sich über viele Millionen Lichtjahre erstrecken. Sie stellen die größten bekannten Magnetfelder im Universum dar.

Die Ergebnisse werden am 22. März in der Fachzeitschrift „Astronomy & Astrophysics“ veröffentlicht.

Galaxienhaufen sind die größten gravitativ gebundenen Strukturen im Universum, mit einer Ausdehnung von etwa zehn Millionen Lichtjahren. Im Vergleich dazu ist...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Wie Menschen wachsen

27.03.2017 | Veranstaltungen

Zweites Symposium 4SMARTS zeigt Potenziale aktiver, intelligenter und adaptiver Systeme

27.03.2017 | Veranstaltungen

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Fließender Übergang zwischen Design und Simulation

27.03.2017 | HANNOVER MESSE

Industrial Data Space macht neue Geschäftsmodelle möglich

27.03.2017 | HANNOVER MESSE

Neue Sicherheitstechnik ermöglicht Teamarbeit

27.03.2017 | HANNOVER MESSE