Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Zellulären Sortierprozessen auf der Spur

07.03.2017

In einer tierischen oder pflanzlichen Zelle laufen unzählige Prozesse ab, in denen sich kleine Bausteine sortieren und zu größeren Molekülen zusammensetzen, umbauen oder wieder in ihre einzelnen Bestandteile zerlegen.

Wissenschaftler versuchen, derartige Ereignisse künstlich nachzustellen, sind aber von der Komplexität natürlicher Vorgänge noch weit entfernt. Forschern des DWI – Leibniz-Institut für Interaktive Materialien und der Universität Freiburg ist es nun gelungen, ein Set aus vier mikrometergroßen Bausteinen herzustellen, das sich ohne äußeres Zutun selbstständig auf unterschiedliche Weise sortieren und sich anschließend wieder vermischen kann.


Wissenschaftler des DWIs und der Universität Freiburg stellten vier Arten von mikroskopisch kleinen Gel-Partikeln her, die sich selbstständig zu unterschiedlichen Strukturen anordnen können.

Andreas Walther, Universität Freiburg

Der Forschungserfolg lässt sich anhand von Legosteinen erklären: Man nehme einen Haufen Legosteine, von denen jeder Stein entweder blau, rot, grün oder gelb ist. Wer es sich nun einfach machen möchte, baut diese Legosteine ohne Berücksichtigung der vier Farben zusammen, sodass ein buntes Gebilde entsteht.

Ein wenig größer ist der Aufwand, wenn man die Legosteine zunächst nach den vier Farben sortiert, sodass nur komplett blaue, rote, grüne oder gelbe Objekte entstehen. Läuft dieser Prozess selbstständig an, nennt man ihn ‚unsoziale‘ Assemblierung. Eine weitere, etwas komplexere Aufgabe ist, aus der bunten Mischung an Legosteinen nur Objekte mit roten und blauen Steinen und Objekte mit grünen und gelben Steinen zu bauen. Laufen beide Prozesse gleichzeitig und selbstständig ab, so spricht man von einer ‚sozialen‘ Assemblierung.

Eine ähnliche Aufgabe hatten sich die Wissenschaftler aus Aachen und Freiburg gestellt, allerdings nutzen sie winzige Gelpartikel, sogenannten Mikrogele, statt der handlichen Legosteine. Mikrogele sind besonders wasserreiche, schwammartige Gelpartikel, die sich chemisch modifizieren lassen.

„Wir haben vier verschiedenen Arten von Mikrogelen hergestellt, die sich selbstständig sortieren und zusammenfügen können. Dabei können sich die Mikrogel-Typen sowohl zu ‚unsozialen‘ Gruppen zusammenfügen, also unter ihresgleichen bleiben, oder sich ‚sozial‘ sortieren, also sich gemeinsam mit einem zweiten Mikrogel-Typ zusammenfügen“, erklärt Dr. Alexander Kühne vom DWI. Er leitete das Forschungsprojekt gemeinsam mit Prof. Dr. Andreas Walther, der im Herbst 2016 vom DWI an die Universität Freiburg wechselte.

Die Schwierigkeit lag für die Wissenschaftler darin, dass die Mikrogele zwischen falschen und richtigen Partnern unterscheiden müssen. Um das zu erreichen, bauten die Wissenschaftler molekulare Interaktionen in die Mikrogele ein, sodass manche Mikrogele nun miteinander interagieren können und andere wiederum nicht. Das funktioniert wie ein Schlüssel, der nur in ein bestimmtes Schloss passt.

Statt Schlüssel und Schloss verwendeten die Wissenschaftler schaltbare Moleküle, die sich in zyklische Zuckermoleküle einlagern. Mit einer Veränderung der Lichtbestrahlung oder durch bestimmte chemische Reaktionen können die Forscher die Form der schaltbaren Moleküle während des laufenden Experiments verändern. Auf diese Weise können die Mikrogele sich sortieren und auf Knopfdruck wieder auseinanderdriften und sich durchmischen.

„Wir möchten mit unseren Versuchen natürliche Vorgänge in Zellen besser verstehen“, so Kühne. „Gleichzeitig helfen uns Fortschritte auf diesem Gebiet bei der Entwicklung biologisch inspirierter, interaktiver Materialien.“

Veröffentlichung: Kang Han, Dennis Go, Thomas Tigges, Khosrow Rahimi, Alexander J. C. Kuehne, Andreas Walther, “Social Self-Sorting of Colloidal Families in Co-Assembling Microgel Systems”, Angewandte Chemie International Edition 2017,
DOI: 10.1002/anie.201612196.

Dr. Janine Hillmer | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.dwi.rwth-aachen.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Bakterieller Untermieter macht Blattnahrung für Käfer verdaulich
17.11.2017 | Max-Planck-Institut für chemische Ökologie

nachricht Neues Werkzeug für gezielten Proteinabbau
17.11.2017 | Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie

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: Ultrakalte chemische Prozesse: Physikern gelingt beispiellose Vermessung auf Quantenniveau

Wissenschaftler um den Ulmer Physikprofessor Johannes Hecker Denschlag haben chemische Prozesse mit einer beispiellosen Auflösung auf Quantenniveau vermessen. Bei ihrer wissenschaftlichen Arbeit kombinierten die Forscher Theorie und Experiment und können so erstmals die Produktzustandsverteilung über alle Quantenzustände hinweg - unmittelbar nach der Molekülbildung - nachvollziehen. Die Forscher haben ihre Erkenntnisse in der renommierten Fachzeitschrift "Science" publiziert. Durch die Ergebnisse wird ein tieferes Verständnis zunehmend komplexer chemischer Reaktionen möglich, das zukünftig genutzt werden kann, um Reaktionsprozesse auf Quantenniveau zu steuern.

Einer deutsch-amerikanischen Forschergruppe ist es gelungen, chemische Prozesse mit einer nie dagewesenen Auflösung auf Quantenniveau zu vermessen. Dadurch...

Im Focus: Leoniden 2017: Sternschnuppen im Anflug?

Gemeinsame Pressemitteilung der Vereinigung der Sternfreunde und des Hauses der Astronomie in Heidelberg

Die Sternschnuppen der Leoniden sind in diesem Jahr gut zu beobachten, da kein Mondlicht stört. Experten sagen für die Nächte vom 16. auf den 17. und vom 17....

Im Focus: «Kosmische Schlange» lässt die Struktur von fernen Galaxien erkennen

Die Entstehung von Sternen in fernen Galaxien ist noch weitgehend unerforscht. Astronomen der Universität Genf konnten nun erstmals ein sechs Milliarden Lichtjahre entferntes Sternensystem genauer beobachten – und damit frühere Simulationen der Universität Zürich stützen. Ein spezieller Effekt ermöglicht mehrfach reflektierte Bilder, die sich wie eine Schlange durch den Kosmos ziehen.

Heute wissen Astronomen ziemlich genau, wie sich Sterne in der jüngsten kosmischen Vergangenheit gebildet haben. Aber gelten diese Gesetzmässigkeiten auch für...

Im Focus: A “cosmic snake” reveals the structure of remote galaxies

The formation of stars in distant galaxies is still largely unexplored. For the first time, astron-omers at the University of Geneva have now been able to closely observe a star system six billion light-years away. In doing so, they are confirming earlier simulations made by the University of Zurich. One special effect is made possible by the multiple reflections of images that run through the cosmos like a snake.

Today, astronomers have a pretty accurate idea of how stars were formed in the recent cosmic past. But do these laws also apply to older galaxies? For around a...

Im Focus: Pflanzenvielfalt von Wäldern aus der Luft abbilden

Produktivität und Stabilität von Waldökosystemen hängen stark von der funktionalen Vielfalt der Pflanzengemeinschaften ab. UZH-Forschenden gelang es, die Pflanzenvielfalt von Wäldern durch Fernerkundung mit Flugzeugen in verschiedenen Massstäben zu messen und zu kartieren – von einzelnen Bäumen bis hin zu ganzen Artengemeinschaften. Die neue Methode ebnet den Weg, um zukünftig die globale Pflanzendiversität aus der Luft und aus dem All zu überwachen.

Ökologische Studien zeigen, dass die Pflanzenvielfalt zentral ist für das Funktionieren von Ökosys-temen. Wälder mit einer höheren funktionalen Vielfalt –...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Technologievorsprung durch Textiltechnik

17.11.2017 | Veranstaltungen

Roboter für ein gesundes Altern: „European Robotics Week 2017“ an der Frankfurt UAS

17.11.2017 | Veranstaltungen

Börse für Zukunftstechnologien – Leichtbautag Stade bringt Unternehmen branchenübergreifend zusammen

17.11.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Latest News

NASA detects solar flare pulses at Sun and Earth

17.11.2017 | Physics and Astronomy

NIST scientists discover how to switch liver cancer cell growth from 2-D to 3-D structures

17.11.2017 | Health and Medicine

The importance of biodiversity in forests could increase due to climate change

17.11.2017 | Studies and Analyses