Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Kunststoffe gezielt verändern

15.06.2011
Wie man Kunststoff mit veränderbaren Eigenschaften herstellt, die in Zukunft vielleicht sogar gezielt Medikamente zu bestimmten Körperstellen transportieren können, hat Prof. Dr. Carsten Schmuck, Wissenschaftler vom Center for Nanointegration der Universität Duisburg-Essen (CeNIDE), entdeckt.

Der Experte für supramolekulare Chemie hat erstmals ein Polymer entwickelt, der sich über zwei verschiedene äußere Reize gezielt in seinen Eigenschaften verändern lässt und das beliebig oft wiederholbar. Seine Ergebnisse publiziert er in der kommenden Ausgabe des renommierten „Journal of the American Chemical Society“ (Jahrgang 133, Ausgabe 23).

Die Polymere, wie sie in Plastikflaschen und Textilien verarbeitet werden, haben nach ihrer Herstellung feste, nicht veränderbare Eigenschaften. Das liegt an den sehr festen Bindungen, die die Bausteine dieser Polymere zusammenhalten. Weniger fest sind dagegen die sogenannten nicht-kovalente Bindungen, die sich relativ leicht durch äußere Reize beeinflussen lassen. Genau die nutzt das Team um Carsten Schmuck nun, um ein lineares, langgestrecktes Polymer aufzubauen. Die äußeren Reize sind der pH-Wert der Umgebung sowie die An- oder Abwesenheit von elektrisch geladenen Metallatomen, Metall-Ionen.

Das kann man sich nun so vorstellen: In einer Flüssigkeit schwimmen einzelne Moleküle. Werden besagte Metall-Ionen hinzugefügt, passen sie wie eine Kugel (Metall-Ion) in eine halbkugelförmige Schale (Molekül), sodass sich nun immer zwei Moleküle mit einem Metall-Ion in ihrer Mitte zusammenlagern. Ist die Flüssigkeit zudem vom pH-Wert her neutral, lagern sich diese Molekülzwillinge zusammen als wären sie magnetisch und bilden lange Ketten. Das Polymer ist fertig.

Alltagstauglich: Zweifach schaltbarer Kunststoff

Mehrere dieser Polymerketten lagern sich anschließend zu einem Knäuel zusammen und bilden damit das erste alltagstaugliche, zweifach schaltbare Polymer. Und das ist neu: Bisher waren dazu nämlich sehr spezielle Laborbedingungen erforderlich, und es durfte kein Wasser dabei sein. Daher eigneten sie sich auch eher schlecht für den praktischen Einsatz. Anders die Entdeckung von UDE-Professor Schmuck. Das lineare Polymer bildet sich nämlich auch in Wasser. Mehr noch: Da sich das Polymer nur dann bildet, wenn beide äußere Reize exakt eingestellt sind, kann man die Materialeigenschaften sehr gezielt steuern.

Ein mögliches Einsatzgebiet dieser Grundlagenforschung könnte die Medizin sein, etwa die „target controlled drug delivery“, eine vom Zielgebiet ausgelöste Medikamentenfreisetzung. Im gut verträglichen Polymerknäuel könnte zum Beispiel ein Medikament gegen bestimmte Tumorzellen deponiert werden. Ein Tumor zeichnet sich unter anderem dadurch aus, dass seine Blutgefäße recht löchrig sind und er saurer ist als das ihn umgebende gesunde Gewebe.

Mögliche Anwendung: Neue Krebsmedikamente

Durch ein solches Loch in der Gefäßwand gelangt das Polymerknäuel in den Tumor. Der niedrige pH-Wert in dessen Inneren lässt das Knäuel zerfallen, sodass das Medikament freigesetzt wird; genau an der richtigen Stelle und ohne gesundes Gewebe zu beeinflussen. „Diese Anwendungsmöglichkeit ist natürlich noch Zukunftsmusik“, erläutert Schmuck, „aber wir haben die ersten wichtigen Schritte getan.“ Für den Einsatz im menschlichen Körper würde man auch nicht mit Metall-Ionen arbeiten, sondern beispielsweise Temperaturunterschiede nutzen, um die Bildung des Polymers zu steuern, aber das Prinzip ist dasselbe.

Insgesamt vier Jahre hat das Team um Schmuck an dem Thema gearbeitet. Doch nach dem Ziel ist vor dem Ziel: Nun streben die Forscher die Konstruktion dreifach schaltbarer Polymere an. „Aber auch an dem bisherigen Konstrukt werden wir weiterarbeiten“, berichtet Schmuck. „Momentan bilden die Polymerketten noch ungeordnete Bündel, aber wir wollen sie in Zukunft dazu bringen, sich in geordneten, dreidimensionalen Netzstrukturen anzuordnen.“

J. Am. Chem. Soc., 2011, 133 (23), pp 8961–8971
DOI: 10.1021/ja200941a
Redaktion und weitere Informationen:
Birte Vierjahn, Center for Nanointegration Duisburg-Essen (CeNIDE), Tel. 0203/379-1456, birte.vierjahn@uni-due.de, www.cenide.de

Beate Kostka | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-due.de/cenide/news_one.php?id=350

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