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 CAU-Forschungsteam entwickelt neues Verbundmaterial aus Kohlenstoffnanoröhren
22.11.2017 | Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

nachricht Material mit vielversprechenden Eigenschaften
22.11.2017 | Universität Konstanz

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Reibungswärme treibt hydrothermale Aktivität auf Enceladus an

Computersimulation zeigt, wie der Eismond Wasser in einem porösen Gesteinskern aufheizt

Wärme aus der Reibung von Gestein, ausgelöst durch starke Gezeitenkräfte, könnte der „Motor“ für die hydrothermale Aktivität auf dem Saturnmond Enceladus sein....

Im Focus: Frictional Heat Powers Hydrothermal Activity on Enceladus

Computer simulation shows how the icy moon heats water in a porous rock core

Heat from the friction of rocks caused by tidal forces could be the “engine” for the hydrothermal activity on Saturn's moon Enceladus. This presupposes that...

Im Focus: Kleine Strukturen – große Wirkung

Innovative Schutzschicht für geringen Verbrauch künftiger Rolls-Royce Flugtriebwerke entwickelt

Gemeinsam mit Rolls-Royce Deutschland hat das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS im Rahmen von zwei Vorhaben aus dem...

Im Focus: Nanoparticles help with malaria diagnosis – new rapid test in development

The WHO reports an estimated 429,000 malaria deaths each year. The disease mostly affects tropical and subtropical regions and in particular the African continent. The Fraunhofer Institute for Silicate Research ISC teamed up with the Fraunhofer Institute for Molecular Biology and Applied Ecology IME and the Institute of Tropical Medicine at the University of Tübingen for a new test method to detect malaria parasites in blood. The idea of the research project “NanoFRET” is to develop a highly sensitive and reliable rapid diagnostic test so that patient treatment can begin as early as possible.

Malaria is caused by parasites transmitted by mosquito bite. The most dangerous form of malaria is malaria tropica. Left untreated, it is fatal in most cases....

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...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Kinderanästhesie aktuell: Symposium für Ärzte und Pflegekräfte

23.11.2017 | Veranstaltungen

IfBB bei 12th European Bioplastics Conference mit dabei: neue Marktzahlen, neue Forschungsthemen

22.11.2017 | Veranstaltungen

Zahnimplantate: Forschungsergebnisse und ihre Konsequenzen – 31. Kongress der DGI

22.11.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Kinderanästhesie aktuell: Symposium für Ärzte und Pflegekräfte

23.11.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Seminar „Leichtbau im Automobil- und Maschinenbau“ im Haus der Technik Berlin am 16. - 17. Januar 2018

23.11.2017 | Seminare Workshops

Biohausbau-Unternehmen Baufritz erhält von „ Capital“ die Auszeichnung „Beste Ausbilder Deutschlands“

23.11.2017 | Unternehmensmeldung