Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Gelbes Leuchten: Neuer Kunststoff signalisiert Beschädigung

23.06.2009
Forschern der Universität Basel ist es gelungen, ein Material aus Polymeren und fluoreszierenden Proteinen herzustellen, das mikroskopische Risse und Schäden visuell selber anzeigen kann. Das könnte dazu beitragen, katastrophales Materialversagen zu verhindern - zum Beispiel bei Flugzeugteilen oder bei Implantaten. Die Forschungsresultate aus dem Departement Chemie wurden im Fachmagazin "Angewandte Chemie" veröffentlicht.

Bei der Herstellung des Hybridmaterials machten sich die Forscher den Fluoreszenz-Resonanzenergietransfer (FRET) zwischen fluoreszierenden Proteinen zunutze. Dies ist ein physikalischer Prozess, bei dem Energie zwischen zwei nur wenige Nanometer auseinander liegenden fluoreszierenden Proteinen übertragen wird.

Da sich bereits kleinste Veränderungen im Abstand zwischen den Molekülen auf die fluoreszierenden Eigenschaften des Proteinpaars auswirken, hat sich FRET in den Naturwissenschaften als optisches Analysewerkzeug etabliert, mit dem sich Abstände im Nanometerbereich messen lassen.

Dr. Nico Bruns vom Departement Chemie der Universität Basel und Mitarbeiter der University of California in Berkeley haben zwei verschiedene leuchtende Proteine in ein drittes, sogenanntes Thermosom-Protein eingebunden und in einem Abstand zueinander platziert, der die Energieübertrag von einem fluoreszierenden Protein auf das andere erlaubt. Anschliessend wurde dieser Proteinkomplex in einen Kunststoff eingebettet. Der Clou dabei ist, dass der hergestellte Proteinkomplex eine Sollbruchstelle aufweist, die genau zwischen den beiden fluoreszierenden Proteinen verläuft.

Solange sich die beiden Proteine - ein cyan-fluoreszierendes Protein und ein gelb-fluoreszierendes Protein - im vorgegebenen Abstand befinden, geben sie ein gelbliches Licht ab, da FRET stattfindet und Energie vom blauen Cyan-Protein auf das gelb-fluoreszierenden Protein übertragen wird. Dadurch leuchtet diese stärker.

Dieser Prozess wird unterbrochen, wenn sich das Polymer verfestigt. Dabei treten feinste mechanische Spannungen auf, die sich auf den Proteinkomplex übertragen. Die beiden Thermosom-Hälften driften dann auseinander, der Abstand der beiden Leucht-Proteine verändert sich und mit ihm die Farbe der Fluoreszenz zu blau. Sobald aber der Kunststoff beschädigt wird und Risse entstehen, entspannt sich der Proteinkomplex um einen Riss herum in seine natürliche Form. Dann findet wiederum FRET statt, was die Farbe der Fluoreszenz im Bereich der Beschädigung von blau zurück zu gelb ändert.

Den Forscher ist es gelungen, mit dem Wechsel der Fluoreszenz im Hybridmaterial mikroskopische Risse unter dem Mikroskop sichtbar zu machen. Nun wollen sie die Methode verfeinern, um damit bereits eine einsetzende Rissbildung im Nanometerbereich aufzuspüren, bevor sie sich zu Mikrorissen und schliesslich zu strukturzerstörenden Brüchen ausweiten kann.

Originalbeitrag
Nico Bruns, Katarzyna Pustelny, Lisa M. Bergeron, Timothy A. Whitehead, and Douglas S. Clark
Mechanical Nanosensor Based on FRET within a Thermosome: Damage-Reporting Polymeric Materials

Angew. Chem. 2009 | DOI: 10.1002/anie.200900554

Weitere Auskünfte
Dr. Nico Bruns, Departement Chemie der Universität Basel, Tel. +41 (0)61 267 38 35, E-Mail: nico.bruns@unibas.ch

Reto Caluori | idw
Weitere Informationen:
http://www.unibas.ch
http://www3.interscience.wiley.com/journal/122368586/abstract

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Transparente Beschichtung für Alltagsanwendungen
20.11.2017 | Karlsruher Institut für Technologie

nachricht Der gestapelte Farbsensor
17.11.2017 | Empa - Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Transparente Beschichtung für Alltagsanwendungen

Sport- und Outdoorbekleidung, die Wasser und Schmutz abweist, oder Windschutzscheiben, an denen kein Wasser kondensiert – viele alltägliche Produkte können von stark wasserabweisenden Beschichtungen profitieren. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) haben Forscher um Dr. Bastian E. Rapp einen Werkstoff für solche Beschichtungen entwickelt, der sowohl transparent als auch abriebfest ist: „Fluoropor“, einen fluorierten Polymerschaum mit durchgehender Nano-/Mikrostruktur. Sie stellen ihn in Nature Scientific Reports vor. (DOI: 10.1038/s41598-017-15287-8)

In der Natur ist das Phänomen vor allem bei Lotuspflanzen bekannt: Wassertropfen perlen von der Blattoberfläche einfach ab. Diesen Lotuseffekt ahmen...

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...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

500 Kommunikatoren zu Gast in Braunschweig

20.11.2017 | Veranstaltungen

VDI-Expertenforum „Gefährdungsanalyse Trinkwasser"

20.11.2017 | Veranstaltungen

Technologievorsprung durch Textiltechnik

17.11.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Künstliche neuronale Netze: 5-Achs-Fräsbearbeitung lernt, sich selbst zu optimieren

20.11.2017 | Informationstechnologie

Tonmineral bewässert Erdmantel von innen

20.11.2017 | Geowissenschaften

Hemmung von microRNA-29 schützt vor Herzfibrosen

20.11.2017 | Biowissenschaften Chemie