Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Mikrospinne

02.09.2011
Polymerisationsreaktion treibt Mikromotoren an

Noch ist es Science Fiction, aber vielleicht in absehbarer Zukunft Realität: Nanoroboter, die im Körper Tumorzellen zerstören und Verstopfungen aus unseren Arterien kratzen oder mikroskopisch kleine „Fabriken“, in denen Nanomaschinen winzige Strukturen für miniaturisierte Bauteile herstellen.


Mikromotor aus einer halb aus Gold, halb aus Siliciumdioxid bestehenden Kugel (c) Wiley-VCH

Nanomotoren könnten Pharmaka rascher zu bestimmten Zielorganen transportieren oder Analytmoleküle durch die winzigen Kanäle von Diagnostiksystemen im Mikrochipformat lotsen. Ayusman Sen und seine Mitarbeiter von der Pennsylvania State University (USA) beschreiben in der Zeitschrift Angewandte Chemie nun einen neuen Typ Mikromotor, der durch eine Polymerisationsreaktion angetrieben wird und wie eine Mikrospinne feine Fäden hinterlässt.

Die Motoren bestehen aus knapp einen Mikrometer großen Kügelchen, halb aus Gold, halb aus Siliciumdioxid. Auf der Siliciumdioxid-Oberfläche lassen sich Katalysatormoleküle (ein so genannter Grubbs-Katalysator) anknüpfen, die Polymerisationen katalysieren. Sen und sein Team verwenden Norbornen als Monomer. Unter Ringöffnung reiht der Katalysator diese Monomere zu langen Kettenmolekülen aneinander.

Sobald die Reaktion anläuft, kommen die Kügelchen in der umgebenden Flüssigkeit ordentlich in Fahrt. Aber wie kann eine solche Reaktion eine Bewegung hervorrufen? Erfolgsgeheimnis sind die zwei unterschiedlichen Hälften der Kügelchen. Nur auf der Seite, auf der die Katalysatormoleküle sitzen, wird Monomer verbraucht. Die Monomerkonzentration nimmt ab und wird hier geringer als um die katalysatorfreie Goldhälfte herum. Diese Konzentrationsunterschiede erzeugen einen osmotischen Druck, der einen winzigen Strom von Lösungsmittelmolekülen in Richtung der Stellen mit höherer Monomerkonzentration hervorruft, also in Richtung Goldhälfte. Diese Mini-Strömung treibt den kleinen Motor in die entgegengesetzte Richtung.

Körperzellen, beispielsweise in der Embryogenese, und bestimmte einzellige Lebewesen können Konzentrationsgradienten von Botenstoffen oder Nährstoffen folgen, ein Phänomen, das man Chemotaxis nennt. Zu einer solch gerichteten Bewegung sind auch die neuen kleinen Motoren fähig. Die Wissenschaftler verwendeten mit Norbornen gefüllte Gele, aus denen das Norbornen-Monomer langsam heraussickerte. Die Mikromotoren „spüren“ dies und bewegen sich auf das Gel zu, folgen also wie Einzeller einem Nährstoffgradienten. Der Grund liegt darin, dass die Polymerisation umso rascher läuft, je mehr Monomer sich in der Nähe des Katalysators befindet. Umso stärker wird aber auch die lokale Strömung, die das Kügelchen antreibt.

Es ist also möglich, die Mikromotoren auf ein Ziel hin zu lenken. In einem Lösungsmittel, in dem das entstehende Polymer unlöslich ist, könnte dieses entlang der zurückgelegten Strecke abgelagert werden – wie eine Mikrospinne, die ein Netz webt. Die Mikromotoren könnten auch so ausgelegt werden, dass sie Fehlstellen und Risse detektieren, sich dorthin bewegen und diese mit Polymer verschließen.

Angewandte Chemie: Presseinfo 34/2011

Autor: Ayusman Sen, Pennsylvania State University, University Park (USA), http://research.chem.psu.edu/axsgroup/dr_sen.html

Angewandte Chemie, Permalink to the article: http://dx.doi.org/10.1002/ange.201103565

Angewandte Chemie, Postfach 101161, 69451 Weinheim, Germany

Dr. Renate Hoer | GDCh
Weitere Informationen:
http://presse.angewandte.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Akute Myeloische Leukämie: Ulmer erforschen bisher unbekannten Mechanismus der Blutkrebsentstehung
26.04.2017 | Universität Ulm

nachricht Zusammenhang zwischen Immunsystem, Hirnstruktur und Gedächtnis entdeckt
26.04.2017 | 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: Weltweit einzigartiger Windkanal im Leipziger Wolkenlabor hat Betrieb aufgenommen

Am Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) ist am Dienstag eine weltweit einzigartige Anlage in Betrieb genommen worden, mit der die Einflüsse von Turbulenzen auf Wolkenprozesse unter präzise einstellbaren Versuchsbedingungen untersucht werden können. Der neue Windkanal ist Teil des Leipziger Wolkenlabors, in dem seit 2006 verschiedenste Wolkenprozesse simuliert werden. Unter Laborbedingungen wurden z.B. das Entstehen und Gefrieren von Wolken nachgestellt. Wie stark Luftverwirbelungen diese Prozesse beeinflussen, konnte bisher noch nicht untersucht werden. Deshalb entstand in den letzten Jahren eine ergänzende Anlage für rund eine Million Euro.

Die von dieser Anlage zu erwarteten neuen Erkenntnisse sind wichtig für das Verständnis von Wetter und Klima, wie etwa die Bildung von Niederschlag und die...

Im Focus: Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität

Neue Erfindung der Universitäten Bielefeld und Tromsø (Norwegen)

Physiker der Universität Bielefeld und der norwegischen Universität Tromsø haben einen Chip entwickelt, der super-auflösende Lichtmikroskopie, auch...

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Im Focus: Leichtbau serientauglich machen

Immer mehr Autobauer setzen auf Karosserieteile aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK). Dennoch müssen Fertigungs- und Reparaturkosten weiter gesenkt werden, um CFK kostengünstig nutzbar zu machen. Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) hat daher zusammen mit der Volkswagen AG und fünf weiteren Partnern im Projekt HolQueSt 3D Laserprozesse zum automatisierten Besäumen, Bohren und Reparieren von dreidimensionalen Bauteilen entwickelt.

Automatisiert ablaufende Bearbeitungsprozesse sind die Grundlage, um CFK-Bauteile endgültig in die Serienproduktion zu bringen. Ausgerichtet an einem...

Im Focus: Making lightweight construction suitable for series production

More and more automobile companies are focusing on body parts made of carbon fiber reinforced plastics (CFRP). However, manufacturing and repair costs must be further reduced in order to make CFRP more economical in use. Together with the Volkswagen AG and five other partners in the project HolQueSt 3D, the Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) has developed laser processes for the automatic trimming, drilling and repair of three-dimensional components.

Automated manufacturing processes are the basis for ultimately establishing the series production of CFRP components. In the project HolQueSt 3D, the LZH has...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Ballungsräume Europas

26.04.2017 | Veranstaltungen

200 Weltneuheiten beim Innovationstag Mittelstand in Berlin

26.04.2017 | Veranstaltungen

123. Internistenkongress: Wie digitale Technik die Patientenversorgung verändert

26.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Akute Myeloische Leukämie: Ulmer erforschen bisher unbekannten Mechanismus der Blutkrebsentstehung

26.04.2017 | Biowissenschaften Chemie

Naturkatastrophen kosten Winzer jährlich Milliarden

26.04.2017 | Interdisziplinäre Forschung

Zusammenhang zwischen Immunsystem, Hirnstruktur und Gedächtnis entdeckt

26.04.2017 | Biowissenschaften Chemie