Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Getrennt und doch zusammen: Nanokapseln mit Schlaufen sind auf immer verbunden

13.02.2009
Wissenschaftler zeigen ersten mechanisch herbeigeführten, reversiblen Bindungsbruch eines Einzelmoleküls - Veröffentlichung in Nature Nanotechnology

Wissenschaftler der Johannes Gutenberg-Universität Mainz haben ein Molekül hergestellt, das bei Überstreckung auseinanderbricht, dann aber wieder zu seiner ursprünglichen Form zurückfinden kann.

Sie stellen damit den ersten mechanisch herbeigeführten, umkehrbaren Bindungsbruch eines einzelnen Moleküls vor. "Es ist in etwa so, als ob wir zwei miteinander verbundene Kapseln auseinanderziehen, bis sie in der Mitte entzweibrechen. Wenn wir dann loslassen, können sich die beiden Hälften wieder zusammenfügen", erklärt Univ.-Prof. Dr. Andreas Janshoff zu den Nanotechnologie-Arbeiten. Die Umkehrbarkeit des Vorgangs wird durch eine Schlaufenverbindung zwischen den beiden Hälften des Moleküls erreicht. Die Forschungsarbeiten wurden jetzt in dem Fachjournal Nature Nanotechnology vorgestellt.

Bei dem Versuchsobjekt der Nano-Wissenschaftler handelt es sich um ein sogenanntes Calixaren-Dimer, ein Molekül, das aus zwei Teilen besteht - daher die Bezeichnung "Dimer" - und das mit einer Größe von wenigen Nanometern zu den vergleichsweise großen Molekülen gehört. Calixarene finden Einsatz in der Analytik, da sie in der Lage sind Gastverbindungen selektiv einzuschließen. Durch ein spezielles Moleküldesign gelang es dem Team von Physikochemikern und organischen Chemikern, ein "verschlauftes" Calixaren-Dimer herzustellen, bei dem die beiden Teile durch Wasserstoffbrücken zusammengehalten werden. Werden die Nanokapseln nun mit Hilfe einer extrem feinen Messspitze mechanisch verstreckt, reißen sie auseinander. "Durch die Verschlaufung können die Hälften aber nicht unendlich weit auseinander gehen, sondern sie werden von den molekularen Schlaufen zurückgehalten", erklärt Janshoff. Zusammen mit den Professoren Jürgen Gauß und Gregor Diezemann vom Institut für Physikalische Chemie sowie Volker Böhmer und Nachwuchswissenschaftlerin Yuliya Rudzevich vom Institut für Organische Chemie sowie Piotr Marszalek von der Duke University hat er vor seinem Wechsel an die Georg-August-Universität Göttingen die Arbeiten im Rahmen des Sonderforschungsbereichs 625 in Mainz durchgeführt. "Durch die Länge der Schlaufen können wir beispielsweise exakt limitieren, wie weit sich die beiden Teile des Moleküls auseinanderziehen lassen."

Die Einzelmolekül-Experimente geben den Wissenschaftlern ein besseres Verständnis davon, wie der Molekülkomplex bei Einwirkung einer äußeren Kraft zusammenhält und wie das Wasserstoffbrücken-Netzwerk funktioniert. Darüber hinaus liefern die experimentellen Tests auch die Grundlage für viele Theorien der aktuellen statistischen Mechanik: Ob die Moleküle in der komplexen Form mit beiden Hälften zusammen vorliegen oder ob sie mit den getrennten Hälften auftreten, kann durch die Schlaufenlänge eingestellt werden und so gezielt der Übergang von einem Gleichgewichts- in einen Nicht-Gleichgewichtszustand durch geschwindigkeitsabhängige Zugexperimente vollzogen werden. Dadurch können Theorien überprüft werden die aus dem Nicht-Gleichgewichtszustand die freie Energie rekonstruieren wollen. Diesem Thema wollen sich die Wissenschaftler in Zukunft verstärkt zuwenden.

Originalveröffentlichung:
Matthias Janke, Yuliya Rudzevich, Olena Molokanova, Thorsten Metzroth, Ingo Mey, Gregor Diezemann, Piotr E. Marszalek, Jürgen Gauss, Volker Böhmer, Andreas Janshoff
Mechanically interlocked calix[4]arene dimers display reversible bond breakage under force
Nature Nanotechnology, Online-Veröffentlichung 8. Februar 2009
doi:10.1038/nnano.2008.416
Kontakt und Informationen:
Prof. Dr. Andreas Janshoff
Institut für Physikalische Chemie
Georg-August-Universität-Göttingen
Tel. +49 551 39-10633
E-Mail: ajansho@gwdg.de
Dr. Yuliya Rudzevich
Institut für Organische Chemie
Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Tel. +49 6131 39-23873
Fax +49 6131 39-25419
E-Mail: rudzevic@uni-mainz.de

Petra Giegerich | idw
Weitere Informationen:
http://www.sfb625.uni-mainz.de/
http://www.uni-mainz.de/FB/Chemie/fbhome/physc/
http://www.nature.com/nnano/journal/vaop/ncurrent/abs/nnano.2008.416.html

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Forscher sorgen mit ungewöhnlicher Studie über Edelgase international für Aufmerksamkeit
26.06.2017 | Universität Bremen

nachricht NAWI Graz-Forschende vermessen Lichtfelder erstmals in 3D
26.06.2017 | Technische Universität Graz

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Hyperspektrale Bildgebung zur 100%-Inspektion von Oberflächen und Schichten

„Mehr sehen, als das Auge erlaubt“, das ist ein Anspruch, dem die Hyperspektrale Bildgebung (HSI) gerecht wird. Die neue Kameratechnologie ermöglicht, Licht nicht nur ortsaufgelöst, sondern simultan auch spektral aufgelöst aufzuzeichnen. Das bedeutet, dass zur Informationsgewinnung nicht nur herkömmlich drei spektrale Bänder (RGB), sondern bis zu eintausend genutzt werden.

Das Fraunhofer IWS Dresden entwickelt eine integrierte HSI-Lösung, die das Potenzial der HSI-Technologie in zuverlässige Hard- und Software überführt und für...

Im Focus: Can we see monkeys from space? Emerging technologies to map biodiversity

An international team of scientists has proposed a new multi-disciplinary approach in which an array of new technologies will allow us to map biodiversity and the risks that wildlife is facing at the scale of whole landscapes. The findings are published in Nature Ecology and Evolution. This international research is led by the Kunming Institute of Zoology from China, University of East Anglia, University of Leicester and the Leibniz Institute for Zoo and Wildlife Research.

Using a combination of satellite and ground data, the team proposes that it is now possible to map biodiversity with an accuracy that has not been previously...

Im Focus: Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur

Hitzewellen in der Arktis, längere Vegetationsperioden in Europa, schwere Überschwemmungen in Westafrika – mit Hilfe des deutsch-französischen Satelliten MERLIN wollen Wissenschaftler ab 2021 die Emissionen des Treibhausgases Methan auf der Erde erforschen. Möglich macht das ein neues robustes Lasersystem des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnologie ILT in Aachen, das eine bisher unerreichte Messgenauigkeit erzielt.

Methan entsteht unter anderem bei Fäulnisprozessen. Es ist 25-mal wirksamer als das klimaschädliche Kohlendioxid, kommt in der Erdatmosphäre aber lange nicht...

Im Focus: Climate satellite: Tracking methane with robust laser technology

Heatwaves in the Arctic, longer periods of vegetation in Europe, severe floods in West Africa – starting in 2021, scientists want to explore the emissions of the greenhouse gas methane with the German-French satellite MERLIN. This is made possible by a new robust laser system of the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT in Aachen, which achieves unprecedented measurement accuracy.

Methane is primarily the result of the decomposition of organic matter. The gas has a 25 times greater warming potential than carbon dioxide, but is not as...

Im Focus: How protons move through a fuel cell

Hydrogen is regarded as the energy source of the future: It is produced with solar power and can be used to generate heat and electricity in fuel cells. Empa researchers have now succeeded in decoding the movement of hydrogen ions in crystals – a key step towards more efficient energy conversion in the hydrogen industry of tomorrow.

As charge carriers, electrons and ions play the leading role in electrochemical energy storage devices and converters such as batteries and fuel cells. Proton...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Future Security Conference 2017 in Nürnberg - Call for Papers bis 31. Juli

26.06.2017 | Veranstaltungen

Von Batterieforschung bis Optoelektronik

23.06.2017 | Veranstaltungen

10. HDT-Tagung: Elektrische Antriebstechnologie für Hybrid- und Elektrofahrzeuge

22.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

„Digital Mobility“– 48 Mio. Euro für die Entwicklung des digitalen Fahrzeuges

26.06.2017 | Förderungen Preise

Fahrerlose Transportfahrzeuge reagieren bald automatisch auf Störungen

26.06.2017 | Verkehr Logistik

Forscher sorgen mit ungewöhnlicher Studie über Edelgase international für Aufmerksamkeit

26.06.2017 | Physik Astronomie