Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Riesenschritt in Miniwelt: UZH-Forscherin misst elektrische Ladung von Nano-Partikeln

30.07.2012
Ein Millionstel Millimeter klein sind Nano-Teilchen, für das menschliche Auge lange nicht mehr sichtbar. Es sei denn, sie liegen unter dem Mikroskop von Prof. Madhavi Krishnan, Biophysikerin an der Universität Zürich.
Die Wissenschaftlerin hat eine neue Methode entwickelt, mit der sie nicht nur messen kann, wie gross die Partikel sind, sondern welche elektrostatische Ladung sie haben. Bisher war es nicht möglich, die Ladung der Teilchen direkt zu bestimmen. Diese bislang weltweit einmalige Methode ist bei der Herstellung von Arzneien genauso relevant wie für die Grundlagenforschung.

Um die einzelnen Teilchen einer Lösung beobachten zu können, locken Prof. Madhavi Krishnan und ihre Mitarbeiter jedes von ihnen in eine «elektrostatische Falle». Das funktioniert so: Die Forscher erzeugen zwischen zwei winzigen Glasplatten, die Chip-Grösse haben, tausende von runden Energielöchern. Der Trick ist, dass diese Löcher nur schwach elektrostatisch geladen sind. Geben die Wissenschaftler nun einen Tropfen Lösung auf die Plättchen, fällt jedes Teilchen in ein Energieloch und bleibt dort gefangen. Doch es ruht nicht still in seiner Falle, sondern wird ständig von den Molekülen in der Lösung angestupst. Dadurch bewegt es sich kreisförmig. «Diese Bewegungen messen wir und können daran die Ladung jedes einzelnen Teilchens bestimmen», erklärt Prof. Madhavi Krishnan.

Querschnitt durch zwei Glasplatten in Chip-Grösse, in dem ein Nano-Partikelchen in einem Energieloch, in der Fachsprache Potentialtopf, gefangen ist. Die farbigen Felder zeigen die unterschiedlichen Ladungen im elektrostatischen Feld. Dabei ist der rote Bereich sehr niedrig, der blaue Rand hingegen stark geladen.
Bild: UZH

Denn einfach gesagt, ziehen die Partikel mit einer nur geringen Ladung in ihren Fallen grosse Kreise, diejenigen mit einer hohen Ladung nur kleine. So wie einen leichter Ball weit fliegt, ein schwerer hingegen nicht. Ähnlich bestimmte US-Physiker Robert A. Millikan vor 100 Jahren in seinem Öltropf-Experiment, wie schnell sich elektrisch geladene Öltropfen bewegen. 1923 erhielt er den Nobelpreis für Physik. «Doch er untersuchte die Tropfen in einem Vakuum», erläutert die Biophysikerin. «Wir dagegen untersuchen Nano-Teilchen in einer Lösung, die selbst die Eigenschaften der Partikel beeinflusst.»

Elektrostatische Ladung von Nano-Arzneipaketen

Für alle Lösungen, die in der Industrie hergestellt werden, ist die elektrische Ladung der enthaltenen Nano-Partikel ebenfalls entscheidend, denn erst sie ermöglicht, dass eine flüssige Lösung so bleibt wie sie ist und nicht verklumpt. «Mit unserer neuen Methode erhalten wir ein Bild der ganzen Suspension mit allen darin enthaltenen Teilchen», betont Prof. Madhavi Krishnan. Eine Suspension ist eine Flüssigkeit, in der sich kleinste Partikel oder Tröpfchen fein verteilen, wie zum Beispiel in Milch, Blut, vielen Farben, Kosmetika, Impfstoffen und unzählige Arzneien. «Die Ladung der Teilchen spielt darin eine grosse Rolle», sagt die Zürcher Wissenschaftlerin.

Ein Beispiel ist die Herstellung von Medikamenten, die über «Drug-Delivery-Systeme» über einen längeren Zeitraum hinweg gezielt und genau dosiert verabreicht werden sollen. Dabei fungieren Nano-Partikel als «Pakete», die die Arzneien dorthin bringen, wo sie wirken sollen. Entscheidend aber, dass sie Gewebe und Zellmembranen im Körper ungehindert passieren und damit überhaupt erst wirken können, ist sehr oft ihre elektrostatische Ladung. «Deswegen ist es so wichtig, ihre Ladung messen zu können. Bislang wurden meist nur ungenaue Resultate erzeugt,» so die Forscherin.

«Mit der neuen Methode können wir sogar in Echtzeit messen, wenn ein einzelnes Teilchen seine Ladung ändert», ergänzt Prof. Madhavi Krishnan. «Das ist besonders für die Grundlagenforschung spannend und noch nie zuvor möglich gewesen.» Denn Ladungsänderungen spielen bei allen Reaktionen im Körper eine Rolle, sei es von Proteinen, grossen Molekülen wie die DNA-Doppelhelix, in der die Erbanlagen codiert sind, oder den Zellorganellen. «Wir untersuchen, wie die Materie im Millionstel Millimeterbereich funktioniert.»

Literatur:
Mojarad, N, and Krishnan, M., Measuring the size and charge of single nanoscale
objects in solution using an electrostatic fluidic trap. Nature Nanotechnology (2012)
http://www.nature.com/nnano/journal/vaop/ncurrent/full/nnano.2012.99.html, doi:10.1038/nnano.2012.99

Kontakt:
Prof. Dr. Madhavi Krishnan
Universität Zürich
Physikalisch-chemisches Institut
Phone: +41 44 635 44 65
e-mail: madhavi.krishnan@ uzh.ch

Nathalie Huber | Universität Zürich
Weitere Informationen:
http://www.uzh.ch
http://www.nature.com/nnano/journal/vaop/ncurrent/full/nnano.2012.99.html

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Kontinentalrand mit Leckage
27.03.2017 | MARUM - Zentrum für Marine Umweltwissenschaften an der Universität Bremen

nachricht Neuen molekularen Botenstoff bei Lebererkrankungen entdeckt
27.03.2017 | Universitätsmedizin Mannheim

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: Das anwachsende Ende der Ordnung

Physiker aus Konstanz weisen sogenannte Mermin-Wagner-Fluktuationen experimentell nach

Ein Kristall besteht aus perfekt angeordneten Teilchen, aus einer lückenlos symmetrischen Atomstruktur – dies besagt die klassische Definition aus der Physik....

Im Focus: Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen

Eine internationale Forschergruppe mit dem Bayreuther Biochemiker Prof. Dr. Clemens Steegborn präsentiert in 'Science' neue, für die Biomedizin wegweisende Forschungsergebnisse zur Rolle des Moleküls NAD⁺ bei der Korrektur von Schäden am Erbgut.

Die Zellen von Menschen und Tieren können Schäden an der DNA, dem Träger der Erbinformation, bis zu einem gewissen Umfang selbst reparieren. Diese Fähigkeit...

Im Focus: Designer-Proteine falten DNA

Florian Praetorius und Prof. Hendrik Dietz von der Technischen Universität München (TUM) haben eine neue Methode entwickelt, mit deren Hilfe sie definierte Hybrid-Strukturen aus DNA und Proteinen aufbauen können. Die Methode eröffnet Möglichkeiten für die zellbiologische Grundlagenforschung und für die Anwendung in Medizin und Biotechnologie.

Desoxyribonukleinsäure – besser bekannt unter der englischen Abkürzung DNA – ist die Trägerin unserer Erbinformation. Für Prof. Hendrik Dietz und Florian...

Im Focus: Fliegende Intensivstationen: Ultraschallgeräte in Rettungshubschraubern können Leben retten

Etwa 21 Millionen Menschen treffen jährlich in deutschen Notaufnahmen ein. Im Kampf zwischen Leben und Tod zählt für diese Patienten jede Minute. Wenn sie schon kurz nach dem Unfall zielgerichtet behandelt werden können, verbessern sich ihre Überlebenschancen erheblich. Damit Notfallmediziner in solchen Fällen schnell die richtige Diagnose stellen können, kommen in den Rettungshubschraubern der DRF Luftrettung und zunehmend auch in Notarzteinsatzfahrzeugen mobile Ultraschallgeräte zum Einsatz. Experten der Deutschen Gesellschaft für Ultraschall in der Medizin e.V. (DEGUM) schulen die Notärzte und Rettungsassistenten.

Mit mobilen Ultraschallgeräten können Notärzte beispielsweise innere Blutungen direkt am Unfallort identifizieren und sie bei Bedarf auch für Untersuchungen im...

Im Focus: Gigantische Magnetfelder im Universum

Astronomen aus Bonn und Tautenburg in Thüringen beobachteten mit dem 100-m-Radioteleskop Effelsberg Galaxienhaufen, das sind Ansammlungen von Sternsystemen, heißem Gas und geladenen Teilchen. An den Rändern dieser Galaxienhaufen fanden sie außergewöhnlich geordnete Magnetfelder, die sich über viele Millionen Lichtjahre erstrecken. Sie stellen die größten bekannten Magnetfelder im Universum dar.

Die Ergebnisse werden am 22. März in der Fachzeitschrift „Astronomy & Astrophysics“ veröffentlicht.

Galaxienhaufen sind die größten gravitativ gebundenen Strukturen im Universum, mit einer Ausdehnung von etwa zehn Millionen Lichtjahren. Im Vergleich dazu ist...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Wie Menschen wachsen

27.03.2017 | Veranstaltungen

Zweites Symposium 4SMARTS zeigt Potenziale aktiver, intelligenter und adaptiver Systeme

27.03.2017 | Veranstaltungen

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Fließender Übergang zwischen Design und Simulation

27.03.2017 | HANNOVER MESSE

Industrial Data Space macht neue Geschäftsmodelle möglich

27.03.2017 | HANNOVER MESSE

Neue Sicherheitstechnik ermöglicht Teamarbeit

27.03.2017 | HANNOVER MESSE