Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Neuartige Technik ermöglicht Massenfabrikation von Nanoteilchen

18.03.2016

Maßgeschneiderte Kolloide für zahlreiche wissenschaftliche und technische Anwendungen lassen sich schnell und kostengünstig produzieren.

Gemeinsam mit Experimentatoren von der Princeton University (USA) haben Mainzer Physiker um Dr. Arash Nikoubashman eine neuartige Technik zur Massenfabrikation von Nanoteilchen entwickelt und theoretisch analysiert.


Schematische Darstellung der Fabrikationstechnik mit experimenteller Aufnahme eines Janus Nanoteilchens bestehend aus Polystyren und Polyisopren (Durchmesser etwa 300nm)

Abb./Copyright: Arash Nikoubashman

Damit wird es möglich, schnell und kostengünstig polymerbasierte Kolloide – Nanoteilchen in einer Lösung – herzustellen. Solche maßgeschneiderten Kolloide werden für zahlreiche wissenschaftliche und technische Anwendungen benötigt.

Bisher war es jedoch nur mit großem Aufwand, hohen Kosten und in kleiner Zahl möglich, die für moderne Anwendungen sehr gefragten Nanoteilchen zu produzieren.

Experimente in Princeton zeigten, dass beim schnellen Mischen einer Polymerlösung mit Wasser weiche Nanopartikel entstehen, die ohne das Hinzufügen zusätzlicher Stoffe stabil bleiben – eine verblüffend einfache Lösung für das Problem, Nanoteilchen zu erzeugen. Als Polymerlösung wurde zunächst in Tetrahydrofuran (THF) gelöstes Polystyrol (Styropor) sowie Polyisopren (Naturkautschuk) verwendet.

Um die zugrunde liegende Physik zu verstehen und systematisch zu erforschen, wie sich diese Aggregation über verschiedene Parameter beeinflussen lässt, haben Physiker um Dr. Arash Nikoubashman in Mainz zahlreiche Simulationen durchgeführt. Das Wasser lässt die Polymerketten kollabieren und zu Nanopartikeln aggregieren.

Die Tatsache, dass sich die Teilchen spontan selbst anordnen, macht es möglich zu beeinflussen, wie sich die einzelnen Partikel zu komplexeren Strukturen zusammenfügen. Über die Geschwindigkeit des Mischens und die Konzentration der Polymerlösung lässt sich gut steuern, wie groß die entstehenden Partikel werden.

Nanoteilchen stecken etwa in Katalysatoren, Kosmetik, wasserabweisenden Strukturen und optoelektronischen Elementen, zudem spielen sie in der medizinischen Forschung eine große Rolle. Die Eigenschaften dieser Teilchen sind abhängig vom Material, aus denen sie gemacht sind, aber auch ganz entscheidend von ihrer Größe und Oberflächenbeschaffenheit.

Bei der bisherigen Produktion von Nanoteilchen mussten oft zusätzliche Stabilisatoren eingebracht werden, damit die entstandenen Nanoteilchen nicht direkt wieder zerfallen oder verklumpen (aggregieren). Solche Stabilisatoren lagern sich um das Nanoteilchen herum an und beeinflussen damit die Oberflächenbeschaffenheit des Teilchens, die wiederum manchmal genau von entscheidender Bedeutung für die jeweilige Anwendung ist.

Dies ist zum Beispiel der Fall bei so genannten Janus-Teilchen, die aus zwei Hälften mit gegensätzlichen Eigenschaften bestehen. Jetzt ist es den Wissenschaftlern aus Mainz und Princeton mit ihrer Methode gelungen, ohne solche Stabilisatoren auszukommen und dennoch stabile Nanoteilchen herzustellen, bei denen die Oberflächenstruktur also erhalten bleiben kann. Das gelingt, weil das beigemischte Wasser eine negative Ladung der Nanoteilchen bewirkt, sodass diese sich gegenseitig abstoßen und auf diese Weise in sich stabil bleiben.

Bislang experimentierten die Physiker mit verhältnismäßig einfachen Polymeren. Da sich diese allerdings ganz ähnlich verhalten, deutet sich an, dass dies für eine Vielzahl anderer Materialien und Oberflächen gleichermaßen gelten könnte. Dies würde es erlauben, unterschiedlichste kolloidale Teilchen herzustellen – und das im Unterschied zu bisherigen Methoden massenhaft, nicht nur vereinzelt. Die jetzt neu entwickelte Methode könnte damit zahlreiche neue Möglichkeiten für wissenschaftliche und industrielle Anwendungen eröffnen, etwa für optoelektronische Geräte, hochspezifische Katalysatoren oder biomedizinische Anwendungen.

Veröffentlichung:
A. Nikoubashman, V.E. Lee, C. Sosa, R.K. Prud'homme, R.D. Priestley and A.Z. Panagiotopoulos: Directed assembly of soft colloids through rapid solvent exchange, ACS Nano, (2016), 10, 1425-1433. DOI: 10.1021/acsnano.5b06890
http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.5b06890


Weitere Informationen:
Dr. Arash Nikoubashman
Institut für Physik
Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Staudingerweg 7-9
55128 Mainz
Tel. +49 6131 39-27254
Fax +49 6131 39-20496
E-Mail: anikouba@uni-mainz.de

Weitere Informationen:

http://www.komet331.physik.uni-mainz.de/nikoubashman.php

Petra Giegerich | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Ein Filter für schweren Wasserstoff
28.02.2017 | Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme, Standort Stuttgart, Stuttgart

nachricht Wie Medikamente als Virus getarnt gegen Krebs wirken können
28.02.2017 | Australisch-Neuseeländischer Hochschulverbund / Institut Ranke-Heinemann

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: Mit Künstlicher Intelligenz das Gehirn verstehen

Wie entsteht Bewusstsein? Die Antwort auf diese Frage, so vermuten Forscher, steckt in den Verbindungen zwischen den Nervenzellen. Leider ist jedoch kaum etwas über den Schaltplan des Gehirns bekannt.

Wie entsteht Bewusstsein? Die Antwort auf diese Frage, so vermuten Forscher, steckt in den Verbindungen zwischen den Nervenzellen. Leider ist jedoch kaum etwas...

Im Focus: Wie Proteine Zellmembranen verformen

Zellen schnüren regelmäßig kleine Bläschen von ihrer Außenhaut ab und nehmen sie in ihr Inneres auf. Daran sind die EHD-Proteine beteiligt, die Professor Oliver Daumke vom MDC erforscht. Er und sein Team haben nun aufgeklärt, wie sich diese Proteine auf der Oberfläche von Zellen zusammenlagern und dadurch deren Außenhaut verformen.

Zellen schnüren regelmäßig kleine Bläschen von ihrer Außenhaut ab und nehmen sie in ihr Inneres auf. Daran sind die EHD-Proteine beteiligt, die Professor...

Im Focus: Safe glide at total engine failure with ELA-inside

On January 15, 2009, Chesley B. Sullenberger was celebrated world-wide: after the two engines had failed due to bird strike, he and his flight crew succeeded after a glide flight with an Airbus A320 in ditching on the Hudson River. All 155 people on board were saved.

On January 15, 2009, Chesley B. Sullenberger was celebrated world-wide: after the two engines had failed due to bird strike, he and his flight crew succeeded...

Im Focus: „Vernetzte Autonome Systeme“ von acatech und DFKI auf der CeBIT

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) in Kooperation mit der Deutschen Messe AG vernetzte Autonome Systeme. In Halle 12 am Stand B 63 erwarten die Besucherinnen und Besucher unter anderem Roboter, die Hand in Hand mit Menschen zusammenarbeiten oder die selbstständig gefährliche Umgebungen erkunden.

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für...

Im Focus: Kühler Zwerg und die sieben Planeten

Erdgroße Planeten mit gemäßigtem Klima in System mit ungewöhnlich vielen Planeten entdeckt

In einer Entfernung von nur 40 Lichtjahren haben Astronomen ein System aus sieben erdgroßen Planeten entdeckt. Alle Planeten wurden unter Verwendung von boden-...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Nebennierentumoren: Radioaktiv markierte Substanzen vermeiden unnötige Operationen

28.02.2017 | Veranstaltungen

350 Onlineforscher_innen treffen sich zur Fachkonferenz General Online Research an der HTW Berlin

28.02.2017 | Veranstaltungen

23. VDMA-Arbeitsberatung „Engineering und Konstruktion“ am 2. März 2017 an der TH Wildau

28.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Automatisierungstreff 2017: Experten-Tipps zu EMV und Industrie 4.0-Engineering

28.02.2017 | Seminare Workshops

Das Partnerprogramm von Stellar Datenrettung

28.02.2017 | Unternehmensmeldung

Ein Filter für schweren Wasserstoff

28.02.2017 | Biowissenschaften Chemie