Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Leicht reizbar: Intelligente Polymere

29.03.2011
Mit dünnen Schichten intelligenter Kunststoffe wollen Darmstädter Forscher die Eigenschaften der darunter liegenden Materialien gezielt steuern. So könnte Papier bei Bedarf Druckfarben wieder abgeben, chemische Reaktionen könnten nach Belieben gestartet und unterbrochen werden oder Medikamente nur in bestimmten Bereichen des Körpers wirken.

Polymere sind aus unserem alltäglichen Leben nicht mehr wegzudenken. Die gemeinhin als Plastik bekannten Materialien sind leicht, weich, gut formbar und eignen sich daher für die unterschiedlichsten Anwendungen.

Im Rahmen des LOEWE-Schwerpunkts „Soft Control“ will sich eine interdisziplinäre Gruppe Darmstädter Forscher nun einer ganz speziellen Funktion von Polymeren widmen: Sie untersuchen intelligente Makromoleküle, die auf äußere Reize wie Licht, elektrische oder magnetische Felder reagieren, indem sie ihre Struktur verändern.

Neue Materialeigenschaften dank hauchdünner Polymer-Schichten

Aufgetragen als dünne Kunststoffschichten können solche Polymere die Eigenschaften des darunter liegenden Materials verändern: Weil schon eine Schicht von der Dicke eines einzigen Moleküls, also eine Lage im Nanometerbereich, ausreicht, um die Eigenschaften des unter der Schicht befindlichen Materials vollständig abzudecken, wären nicht mehr die Eigenschaften des eigentlichen Materials, sondern die der Polymerschicht für die Reaktionen des Materials mit seiner Umgebung von Bedeutung.

Hierfür untersuchen die Darmstädter Forscher in Kooperation mit dem Deutschen Kunststoff-Institut, der Hochschule Darmstadt sowie mit dem TU-Exzellenzcluster Center of Smart Interfaces als assoziiertem Partner sehr dünne Filme aus Polymermolekülen. Dabei widmen sie sich ganz verschiedenen Klassen von Polymeren, die sich in ihren Strukturen und ihrer chemischen Zusammensetzung stark unterscheiden: Die einen haben die Form fester Stäbchen, andere haben an ihrer Stäbchenstruktur so etwas wie flexible Schwänzchen, die sich wie eine Membran zusammenlegen können, wieder andere verhalten sich wie Wollknäuel oder weich gekochte Spaghetti. Im ersten Schritt versuchen die Wissenschaftler dabei zunächst die grundlegenden Mechanismen zu verstehen, die effiziente und schnelle Schaltungen ermöglichen.

Sind diese grundlegenden Mechanismen erst verstanden, werden für die dünnen Polymerschichten zahllose Anwendungen auf den unterschiedlichsten Materialien vorstellbar: „Eine praktische Umsetzung solcher schaltbaren Oberflächen ist die reversible Benetzung von Oberflächen, zum Beispiel für Druckfarbenapplikationen“, erläutert Prof. Dr. Markus Biesalski vom Fachbereich Chemie, Koordinator der LOEWE-Schwerpunkts „Soft Control“ an der TU Darmstadt. Intelligente Kunststoffschichten auf dem zu bedruckenden Material könnten zunächst die Haftung der Druckfarben optimieren und später beim Recyceln durch Umschaltung die Entfernung vereinfachen. Ein weiterer Anwendungsbereich liegt in der Lenkung chemischer Reaktionen, den sogenannten Katalysen. Licht einer bestimmten Wellenlänge könnte die Struktur von Polymeren so verändern, dass die katalytische Wirksamkeit von unter der Polymerschicht angebrachten Katalysatoren gestoppt wird, durch Licht einer anderen Wellenlänge wird sie erneut gestartet. Ähnlich ließen sich statt Katalysatoren auch Sensoren ein- und ausschalten; langfristig könnten neuartige Biosensoren etwa zum Nachweis von Umweltgiften oder von für die Diagnose von Krankheiten relevanten Substanzen entwickelt werden.

Auch Eigenschaften biologischer Materialien können verändert werden

Darüber hinaus stehen auch biologische Materialien im Fokus der Forscher: So könnten Eiweißmoleküle, die in Zellmembranen als Kanäle für Kalium, Calcium oder andere Ionen funktionieren, mittels gentechnologischer Methoden zu neuartigen Nanoschaltern umgebaut werden. Diese Kanäle könnten als winzigste Schaltelemente in Polymere eingebaut werden und auf äußere Reize wie zum Beispiel Licht reagieren. „Denkbar wäre, Medikamente auf diese Weise ganz gezielt nur an der Stelle im Körper zum Einsatz zu bringen, an der sie gebraucht werden“, erzählt Prof. Gerhard Thiel vom Fachbereich Biologie. Der Patient schluckt eine Kapsel mit kleinen, den Wirkstoff enthaltenden Kügelchen, die sich im Körper verteilen. Die Kügelchen aus Polymeren enthalten einen Ionenkanal, der auf Licht reagiert. Nach Bestrahlung der Stelle, an der das Medikament freigesetzt werden soll, lösen sich dort die Kügelchen auf und das Medikament wird nur an dieser Stelle freigegeben.

Forschungsförderung durch das Land Hessen

Für ihre Forschungen im Rahmen des Schwerpunkts „Soft Control – Mit Polymeren an Grenzflächen Funktionen effizient schalten“ erhalten Wissenschaftler der TU Darmstadt in den kommenden drei Jahren 4,5 Millionen Euro durch die Landes-Offensive zur Entwicklung wissenschaftlich-ökonomischer Exzellenz (LOEWE) des Landes Hessen.

Weitere Informationen
www.soft-control.tu-darmstadt.de
Pressekontakt
Dr. Melanie Gattermayer
Geschäftsführerin, Soft Control
Tel.: 06151/16-6917
gattermayer@cellulose.tu-darmstadt.de
Prof. Dr. Markus Biesalski
Koordinator, Soft Control
Tel. 06151/16-2177
biesalski@tu-darmstadt.de
Über die TU Darmstadt
Die TU Darmstadt zählt zu den führenden Technischen Universitäten in Deutschland. Ihre rund 270 Professoren, 4.000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter und 23.000 Studierenden widmen sich entscheidenden Zukunftsfeldern wie Energie, Mobilität, Kommunikation und Information sowie Bauen und Wohnen.

MI-Nr. 20/2011, Kneifel/csi

Jörg Feuck | idw
Weitere Informationen:
http://www.soft-control.tu-darmstadt.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Smart und bequem: Neue Textilien für High-Tech-Kleidung, made in Bayreuth
14.02.2018 | Universität Bayreuth

nachricht Super-Werkstoffe für die Automobil-, Luft- und Raumfahrtbranche
12.02.2018 | Technische Universität Bergakademie Freiberg

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Erste integrierte Schaltkreise (IC) aus Plastik

Erstmals ist es einem Forscherteam am Max-Planck-Institut (MPI) für Polymerforschung in Mainz gelungen, einen integrierten Schaltkreis (IC) aus einer monomolekularen Schicht eines Halbleiterpolymers herzustellen. Dies erfolgte in einem sogenannten Bottom-Up-Ansatz durch einen selbstanordnenden Aufbau.

In diesem selbstanordnenden Aufbauprozess ordnen sich die Halbleiterpolymere als geordnete monomolekulare Schicht in einem Transistor an. Transistoren sind...

Im Focus: Quantenbits per Licht übertragen

Physiker aus Princeton, Konstanz und Maryland koppeln Quantenbits und Licht

Der Quantencomputer rückt näher: Neue Forschungsergebnisse zeigen das Potenzial von Licht als Medium, um Informationen zwischen sogenannten Quantenbits...

Im Focus: Demonstration of a single molecule piezoelectric effect

Breakthrough provides a new concept of the design of molecular motors, sensors and electricity generators at nanoscale

Researchers from the Institute of Organic Chemistry and Biochemistry of the CAS (IOCB Prague), Institute of Physics of the CAS (IP CAS) and Palacký University...

Im Focus: Das VLT der ESO arbeitet erstmals wie ein 16-Meter-Teleskop

Erstes Licht für das ESPRESSO-Instrument mit allen vier Hauptteleskopen

Das ESPRESSO-Instrument am Very Large Telescope der ESO in Chile hat zum ersten Mal das kombinierte Licht aller vier 8,2-Meter-Hauptteleskope nutzbar gemacht....

Im Focus: Neuer Quantenspeicher behält Information über Stunden

Information in einem Quantensystem abzuspeichern ist schwer, sie geht meist rasch verloren. An der TU Wien erzielte man nun ultralange Speicherzeiten mit winzigen Diamanten.

Mit Quantenteilchen kann man Information speichern und manipulieren – das ist die Basis für viele vielversprechende Technologien, vom hochsensiblen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Auf der grünen Welle in die Zukunft des Mobilfunks

16.02.2018 | Veranstaltungen

Smart City: Interdisziplinäre Konferenz zu Solarenergie und Architektur

15.02.2018 | Veranstaltungen

Forschung für fruchtbare Böden / BonaRes-Konferenz 2018 versammelt internationale Bodenforscher

15.02.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Erste integrierte Schaltkreise (IC) aus Plastik

17.02.2018 | Energie und Elektrotechnik

Stammbaum der Tagfalter erstmalig umfassend neu aufgestellt

16.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

Neue Strategien zur Behandlung chronischer Nierenleiden kommen aus der Tierwelt

16.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics