Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Mit UV-Licht zu maßgeschneiderten Oberflächen

19.12.2016

Ein neues Verfahren, um Oberflächen zu strukturieren sowie funktionelle Moleküle aufzubringen oder abzutrennen, haben Wissenschaftler am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entwickelt: Mit UV-Licht sorgen sie dafür, dass sich sogenannten Disulfidbrücken, also Bindungen von Schwefelatomen bilden und lösen. Beide photodynamischen Reaktionen erlauben eine zeitlich und räumlich kontrollierte sowie umkehrbare Modifikation der Oberfläche und eröffnen so neue Möglichkeiten zur Erzeugung funktioneller Grenzflächen. Über das Verfahren berichten die Forscher in der Zeitschrift Angewandte Chemie. (DOI: 10.1002/anie.201607276)

Grenzflächen von Feststoffen und ihre Wechselwirkungen mit Gasen, Flüssigkeiten oder anderen Feststoffen sind für Anwendungen in vielen Bereichen wichtig, beispielsweise in der Elektronik, der Biotechnologie oder der Biomedizin.


Fluoreszente Muster mit bis zu zehn Mikrometer kleinen Merkmalen lassen sich mit dem neuen Verfahren auf Oberflächen erzeugen.

Abbildung: Angewandte Chemie

Steuern lassen sich die Wechselwirkungen unter anderem durch die räumlich aufgelöste Funktionalisierung der Oberflächen. Photochemische, das heißt durch die Einwirkung von Licht eingeleitete Reaktionen ermöglichen dabei eine zeitliche und räumliche Kontrolle der Oberflächenmodifikation.

Allerdings führen die meisten der bisher zur Oberflächenfunktionalisierung eingesetzten photochemischen Reaktionen zu irreversiblen – nicht umkehrbaren – Modifikationen, weil dabei kovalente Bindungen entstehen, die typischerweise besonders stark sind und relativ schwer eine chemische Reaktion eingehen.

Forscher um Dr. Pavel A. Levkin, Leiter der Gruppe „Biofunktionelle Polymermaterialien“ am Institut für Toxikologie und Genetik (ITG) und am Institut für Organische Chemie (IOC) des KIT, stellen nun in der renommierten Zeitschrift Angewandte Chemie ein Verfahren vor, das eine sowohl zeitlich und räumlich kontrollierte als auch reversible – umkehrbare – Strukturierung von Oberflächen ermöglicht.

„Reversible photochemische Modifikationen eröffnen vielfältigere Möglichkeiten“, erklärt Pavel A. Levkin. „Sie eignen sich beispielsweise zur dynamischen Abstimmung von Grenzflächeneigenschaften, zur Aktvierung und Deaktivierung spezifischer Funktionen durch bestimmte Reize oder auch zum Aufbringen und Abtrennen funktioneller Molekülgruppen.“

Mit UV-Licht leiten die Wissenschaftler die Bildung und Lösung von Disulfidbrücken ein. Dabei handelt es sich um Verbindungen von zwei Schwefelatomen, die wiederum zwei Moleküle verknüpfen. Die Bildung einer Disulfidbrücke geschieht über die Oxidation von Thiolen, das heißt organischen Schwefelverbindungen, die den Alkoholen entsprechen, aber statt eines Sauerstoffatoms ein Schwefelatom besitzen. Über eine Reduktion lässt sich die Disulfidbrücke wieder lösen.

UV-induzierte Bildung und Lösung von Disulfidbrücken erlauben einen zeitlich und räumlich kontrollierten Thiol-Disulfid-Austausch. So brachten die Forscher auf thiol-modifizierten Polymeroberflächen gezielt Disulfide auf und erzeugten damit präzise fluoreszente Muster mit bis zu zehn Mikrometer kleinen Merkmalen. Die Fotostrukturierung funktioniert auch umgekehrt durch das Aufbringen von Thiolen auf disulfid-modifizierten Oberflächen. Weitere Information zur Forschung von Dr. Pavel Levkin unter http://www.itg.kit.edu/levkin.php.

Lei Li, Wenqian Feng, Alexander Welle, and Pavel A. Levkin: UV-Induced Disulfide Formation and Reduction for Dynamic Photopatterning. Angewandte Chemie 2016, 128, 13969–13973. DOI: 10.1002/anie.201607276

Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) verbindet seine drei Kernaufgaben Forschung, Lehre und Innovation zu einer Mission. Mit rund 9 300 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern sowie 25 000 Studierenden ist das KIT eine der großen natur- und ingenieurwissenschaftlichen Forschungs- und Lehreinrichtungen Europas.

KIT – Die Forschungsuniversität in der Helmholtz-Gemeinschaft

Das KIT ist seit 2010 als familiengerechte Hochschule zertifiziert.

Weitere Informationen:

http://www.itg.kit.edu/levkin.php

Monika Landgraf | Karlsruher Institut für Technologie

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Parasitenflirt: Molekulare Kamera zeigt Paarungszustand von Bilharziose-Erregern in 3D
19.09.2017 | Justus-Liebig-Universität Gießen

nachricht Ein Traum von einem Schaum
19.09.2017 | Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich)

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: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...

Im Focus: Hochautomatisiertes Fahren bei Schnee und Regen: Robuste Warnehmung dank intelligentem Sensormix

Schlechte Sichtverhältnisse bei Regen oder Schnellfall sind für Menschen und hochautomatisierte Fahrzeuge eine große Herausforderung. Im europäischen Projekt RobustSENSE haben die Forscher von Fraunhofer FOKUS mit 14 Partnern, darunter die Daimler AG und die Robert Bosch GmbH, in den vergangenen zwei Jahren eine Softwareplattform entwickelt, auf der verschiedene Sensordaten von Kamera, Laser, Radar und weitere Informationen wie Wetterdaten kombiniert werden. Ziel ist, eine robuste und zuverlässige Wahrnehmung der Straßensituation unabhängig von der Komplexität und der Sichtverhältnisse zu gewährleisten. Nach der virtuellen Erprobung des Systems erfolgt nun der Praxistest, unter anderem auf dem Berliner Testfeld für hochautomatisiertes Fahren.

Starker Schneefall, ein Ball rollt auf die Fahrbahn: Selbst ein Mensch kann mitunter nicht schnell genug erkennen, ob dies ein gefährlicher Gegenstand oder...

Im Focus: Ultrakurze Momentaufnahmen der Dynamik von Elektronen in Festkörpern

Mit Hilfe ultrakurzer Laser- und Röntgenblitze haben Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Quantenoptik (Garching bei München) Schnappschüsse der bislang kürzesten Bewegung von Elektronen in Festkörpern gemacht. Die Bewegung hielt 750 Attosekunden lang an, bevor sie abklang. Damit stellten die Wissenschaftler einen neuen Rekord auf, ultrakurze Prozesse innerhalb von Festkörpern aufzuzeichnen.

Wenn Röntgenstrahlen auf Festkörpermaterialien oder große Moleküle treffen, wird ein Elektron von seinem angestammten Platz in der Nähe des Atomkerns...

Im Focus: Ultrafast snapshots of relaxing electrons in solids

Using ultrafast flashes of laser and x-ray radiation, scientists at the Max Planck Institute of Quantum Optics (Garching, Germany) took snapshots of the briefest electron motion inside a solid material to date. The electron motion lasted only 750 billionths of the billionth of a second before it fainted, setting a new record of human capability to capture ultrafast processes inside solids!

When x-rays shine onto solid materials or large molecules, an electron is pushed away from its original place near the nucleus of the atom, leaving a hole...

Im Focus: Quantensensoren entschlüsseln magnetische Ordnung in neuartigem Halbleitermaterial

Physiker konnte erstmals eine spiralförmige magnetische Ordnung in einem multiferroischen Material abbilden. Diese gelten als vielversprechende Kandidaten für zukünftige Datenspeicher. Der Nachweis gelang den Forschern mit selbst entwickelten Quantensensoren, die elektromagnetische Felder im Nanometerbereich analysieren können und an der Universität Basel entwickelt wurden. Die Ergebnisse von Wissenschaftlern des Departements Physik und des Swiss Nanoscience Institute der Universität Basel sowie der Universität Montpellier und Forschern der Universität Paris-Saclay wurden in der Zeitschrift «Nature» veröffentlicht.

Multiferroika sind Materialien, die gleichzeitig auf elektrische wie auch auf magnetische Felder reagieren. Die beiden Eigenschaften kommen für gewöhnlich...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Biowissenschaftler tauschen neue Erkenntnisse über molekulare Gen-Schalter aus

19.09.2017 | Veranstaltungen

Zwei Grad wärmer – und dann?

19.09.2017 | Veranstaltungen

10. Cottbuser Medienrechtstage zu »Fake News, Hate Speech und Whistleblowing«

18.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Biowissenschaftler tauschen neue Erkenntnisse über molekulare Gen-Schalter aus

19.09.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Ausschreibung des Paul-Martini-Preises 2018 für klinische Pharmakologie

19.09.2017 | Förderungen Preise

Simulation von Energienetzwerken für Strom, Gas und Wärme

19.09.2017 | Energie und Elektrotechnik