Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Mikropartikel weisen Molekülen die Richtung

14.02.2014
Neuartige Mikropartikel, deren Oberfläche aus drei chemisch verschiedenen Segmenten besteht, hat ein Team von Forschern des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und der University of Michigan/USA hergestellt.

Die Segmente lassen sich mit unterschiedlichen (Bio)Molekülen bestücken. Dank der gezielten räumlichen Ausrichtung der angekoppelten Moleküle eignen sich die Mikropartikel für innovative Anwendungen in Medizin, Biochemie und Technik. Über ihre Entwicklung berichten die Forscher in der Zeitschrift „Angewandte Chemie“.

„Mikropartikel mit strukturierten Oberflächen, die sich selektiv mit unterschiedlichen Molekülen beladen lassen, besitzen enormes Potenzial für medizinische Anwendungen“, sagt Professor Christof Wöll, Leiter des KIT-Instituts für Funktionelle Grenzflächen (IFG) und Sprecher des Helmholtz-Programms BioGrenzflächen, in dessen Umfeld die Arbeit ausgeführt wurde. Die neuen Mikropartikel könnten sich künftig beispielsweise in der Krebstherapie einsetzen lassen – beladen mit drei verschiedenen Substanzen, von denen eine die Krebszelle erkennt, die zweite die Zellwand öffnet und die dritte die Krebszelle zerstört.

Eine weitere mögliche Anwendung der 3D-Mikropartikel liegt in der künstlichen Herstellung biologischer Gewebe, wobei die Partikel gezielt mit biologischen Zellen interagieren. Aber auch technische Anwendungen wie die Herstellung von Mikromaschinen und Nanorobotern können von diesen zwar kleinen, aber hochkomplexen Partikeln profitieren. Sie ermöglichen beispielsweise einen selbstorganisierten Aufbau dreidimensionaler Strukturen. Bewegliche Miniaturbauteile, benötigt beispielsweise für Sensoren oder Roboterarme, lassen sich mithilfe von segmentierten Mikropartikeln herstellen, bei denen ein Segment in Reaktion auf einen Reiz an- und wieder abschwellen kann.

„Während die räumlich gesteuerte Präsentation chemischer und biologischer Liganden für zweidimensionale Substrate schon gut etabliert ist, gibt es bisher nur sehr wenige Verfahren für die räumlich kontrollierte Dekoration dreidimensionaler Objekte, wie Mikropartikel“, erläutert Jörg Lahann, Professor am IFG des KIT und an der University of Michigan. Um drei abgegrenzte, chemisch verschiedene Segmente – auch als Patches bezeichnet – auf einem Mikropartikel zu erhalten, setzen Lahann und Kollegen sogenanntes elektrohydrodynamisches Co-Jetting ein: Sie pumpen drei verschiedene Polymerlösungen durch parallele Kapillaren. Die ausgestoßene Flüssigkeit wird durch ein elektrisches Feld beschleunigt und dabei stark gestreckt. Zugleich verdunstet das Lösungsmittel.

Übrig bleibt eine Mikrofaser aus drei verschiedenen Kompartimenten. Durch Schneiden der Faser entstehen Mikropartikel, die sich dann entsprechend aus drei chemisch verschiedenen Patches zusammensetzen. Als Ausgangsmaterial dienen drei bioabbaubare Polymere auf Milchsäurebasis. Die Polymere sind mit drei verschiedenen chemischen Ankergruppen ausgestattet. An diese können in orthogonalen, das heißt sich nicht gegenseitig beeinflussenden Oberflächenreaktionen unterschiedliche Moleküle angekoppelt werden. Mithilfe fluoreszenzmarkierter Biomoleküle haben die Forscher nachgewiesen, dass tatsächlich ein Mikropartikel drei verschiedene Patches aufweist. Das nächste Ziel der Wissenschaftler ist, die Mikropartikel auf rund 200 Nanometer zu verkleinern, um sie besser auf praktische Anwendungen abzustimmen.

Sahar Rahmani, Sampa Saha, Hakan Durmaz, Alessandro Donini, Asish C. Misra, Jaewon Yoon, and Joerg Lahann: Chemically Orthogonal Three-Patch Microparticles. Angewandte Chemie, 2014. DOI: 10.1002/anie.201310727

Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist eine Körperschaft des öffentlichen Rechts nach den Gesetzen des Landes Baden-Württemberg. Es nimmt sowohl die Mission einer Universität als auch die Mission eines nationalen Forschungszentrums in der Helmholtz-Gemeinschaft wahr. Thematische Schwerpunkte der Forschung sind Energie, natürliche und gebaute Umwelt sowie Gesellschaft und Technik, von fundamentalen Fragen bis zur Anwendung. Mit rund 9000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern, darunter knapp 6000 in Wissenschaft und Lehre, sowie 24 000 Studierenden ist das KIT eine der größten Forschungs- und Lehreinrichtungen Europas. Das KIT verfolgt seine Aufgaben im Wissensdreieck Forschung – Lehre – Innovation.

Monika Landgraf | idw
Weitere Informationen:
http://www.kit.edu

Weitere Berichte zu: Angewandte Chemie Krebszelle Mikropartikel Molekül Polymere

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Mainzer Physiker gewinnen neue Erkenntnisse über Nanosysteme mit kugelförmigen Einschränkungen
27.06.2017 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz

nachricht Glykane als Biomarker für Krebs?
27.06.2017 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

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: Vorbild Delfinhaut: Elastisches Material vermindert Reibungswiderstand bei Schiffen

Für eine elegante und ökonomische Fortbewegung im Wasser geben Delfine den Wissenschaftlern ein exzellentes Vorbild. Die flinken Säuger erzielen erstaunliche Schwimmleistungen, deren Ursachen einerseits in der Körperform und andererseits in den elastischen Eigenschaften ihrer Haut zu finden sind. Letzteres Phänomen ist bereits seit Mitte des vorigen Jahrhunderts bekannt, konnte aber bislang nicht erfolgreich auf technische Anwendungen übertragen werden. Experten des Fraunhofer IFAM und der HSVA GmbH haben nun gemeinsam mit zwei weiteren Forschungspartnern eine Oberflächenbeschichtung entwickelt, die ähnlich wie die Delfinhaut den Strömungswiderstand im Wasser messbar verringert.

Delfine haben eine glatte Haut mit einer darunter liegenden dicken, nachgiebigen Speckschicht. Diese speziellen Hauteigenschaften führen zu einer signifikanten...

Im Focus: Kaltes Wasser: Und es bewegt sich doch!

Bei minus 150 Grad Celsius flüssiges Wasser beobachten, das beherrschen Chemiker der Universität Innsbruck. Nun haben sie gemeinsam mit Forschern in Schweden und Deutschland experimentell nachgewiesen, dass zwei unterschiedliche Formen von Wasser existieren, die sich in Struktur und Dichte stark unterscheiden.

Die Wissenschaft sucht seit langem nach dem Grund, warum ausgerechnet Wasser das Molekül des Lebens ist. Mit ausgefeilten Techniken gelingt es Forschern am...

Im Focus: Hyperspektrale Bildgebung zur 100%-Inspektion von Oberflächen und Schichten

„Mehr sehen, als das Auge erlaubt“, das ist ein Anspruch, dem die Hyperspektrale Bildgebung (HSI) gerecht wird. Die neue Kameratechnologie ermöglicht, Licht nicht nur ortsaufgelöst, sondern simultan auch spektral aufgelöst aufzuzeichnen. Das bedeutet, dass zur Informationsgewinnung nicht nur herkömmlich drei spektrale Bänder (RGB), sondern bis zu eintausend genutzt werden.

Das Fraunhofer IWS Dresden entwickelt eine integrierte HSI-Lösung, die das Potenzial der HSI-Technologie in zuverlässige Hard- und Software überführt und für...

Im Focus: Can we see monkeys from space? Emerging technologies to map biodiversity

An international team of scientists has proposed a new multi-disciplinary approach in which an array of new technologies will allow us to map biodiversity and the risks that wildlife is facing at the scale of whole landscapes. The findings are published in Nature Ecology and Evolution. This international research is led by the Kunming Institute of Zoology from China, University of East Anglia, University of Leicester and the Leibniz Institute for Zoo and Wildlife Research.

Using a combination of satellite and ground data, the team proposes that it is now possible to map biodiversity with an accuracy that has not been previously...

Im Focus: Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur

Hitzewellen in der Arktis, längere Vegetationsperioden in Europa, schwere Überschwemmungen in Westafrika – mit Hilfe des deutsch-französischen Satelliten MERLIN wollen Wissenschaftler ab 2021 die Emissionen des Treibhausgases Methan auf der Erde erforschen. Möglich macht das ein neues robustes Lasersystem des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnologie ILT in Aachen, das eine bisher unerreichte Messgenauigkeit erzielt.

Methan entsteht unter anderem bei Fäulnisprozessen. Es ist 25-mal wirksamer als das klimaschädliche Kohlendioxid, kommt in der Erdatmosphäre aber lange nicht...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Internationale Fachkonferenz IEEE ICDCM - Lokale Gleichstromnetze bereichern die Energieversorgung

27.06.2017 | Veranstaltungen

Internationale Konferenz zu aktuellen Fragen der Stammzellforschung

27.06.2017 | Veranstaltungen

Fraunhofer FKIE ist Gastgeber für internationale Experten Digitaler Mensch-Modelle

27.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Mainzer Physiker gewinnen neue Erkenntnisse über Nanosysteme mit kugelförmigen Einschränkungen

27.06.2017 | Biowissenschaften Chemie

Wave Trophy 2017: Doppelsieg für die beiden Teams von Phoenix Contact

27.06.2017 | Unternehmensmeldung

Warnsystem KATWARN startet international vernetzten Betrieb

27.06.2017 | Informationstechnologie