Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Ordnung im Partikel-Mix

27.01.2012
Die Physical Review Letters berichten: Den Augsburger Physikern Peter Hänggi und Gerhard Schmid ist zusammen mit Kollegen von der Universität Barcelona eine hochaufgelöste, gegenläufige Partikeltrennung via Entropie gelungen.

Schnell, einfach zu bedienen und von hoher Genauigkeit: so sieht das ideale Analysegerät aus. Tatsächlich gibt es bereits eine Vielzahl an Apparaturen, die kleinste Spuren einer gesuchten Substanz nachweisen können. Doch in den bestehenden Methoden steckt noch ein großes Entwicklungspotential.

Wie die renommierten Physical Review Letters (PRL) aktuell berichten, haben der Augsburger NIM-Wissenschaftler Prof. Dr. Peter Hänggi und sein Mitarbeiter Dr. Gerhard Schmid (beide Universität Augsburg) gemeinsam mit Prof. Dr. Jose Miguel Rubi von der Universität Barcelona ein besonders exaktes Trennverfahren für unterschiedlich große DNA-Fragmente entwickelt. Dabei machten sich die Wissenschaftler die verschiedenen Entropie-Potentiale für die Teilchendynamik zunutze. Computersimulationen zeigten, dass die Partikel sich dadurch in zwei verschiedene Richtungen auftrennen. Zudem ergaben die Berechnungen, dass das Verfahren eine Reinheit von 99,9 Prozent erreichen kann, was deutlich über den herkömmlichen Methoden liegt.

Im Mittelpunkt des Verfahrens steht ein Röhrchen mit einem wenige Mikrometer breiten Durchmesser. Von innen ist es mit einer asymmetrisch gezackten Struktur versehen, ähnlich einem Sägezahnblatt. Von links nach rechts gesehen entspricht die Geometrie langsam ansteigenden Rampen, von deren Spitze es steil nach unten geht. Auf diesem Wechsel basiert die Trennung von Partikeln unterschiedlicher Größe, die sich in diesem Szenario zunächst nur durch die Brownsche Molekularbewegung angetrieben in dem Röhrchen hin- und her bewegen.

Die Kleinen nach links, die Großen nach rechts

Die Physiker setzen die Brownschen Teilchen nun zusätzlich der Wirkung einer oszillierenden und einer konstanten Kraft aus. Dabei ist die konstante Kraft jedoch so schwach, dass sie lediglich das Wanderverhalten der kleinen Partikel nach links unterstützt, die Orientierung der großen Partikel jedoch de facto nicht beeinflusst.
Die kleinen Partikel überwinden somit auch die steileren Passagen nach links, die sogenannten Entropie-Barrieren, während die größeren Partikeln lediglich den leichteren Anstieg nach rechts über die flachere Strecke nehmen können. Auf diese Weise entwickeln die kleineren Partikel einen Trend nach links, die größeren Partikel wandern geschlossen nach rechts. Mit diesem eleganten Zusatz zeigten die Physiker, wie die Trennung deutlich schneller und eindeutiger vonstatten gehen kann.

Extrem hohe Reinheit

Die neue Methode besticht in erster Linie durch die extrem hohe Reinheit, die vor allem auf dem Prinzip der gegenläufigen Trennung basiert. Hinzu kommt die Möglichkeit, dass die Nutzer die Geometrie des Systems ohne großen Aufwand an verschiedene Partikelgrößen anpassen können. Auch wenn der Versuchsaufbau vorerst nur für kleine Probenmengen geeignet ist, so lassen sich problemlos mehrere Röhrenmodule parallel auf einen Trägerchip aufbringen und beladen. Zudem bewirkt die so gut wie vollständige Trennung der Partikelmischung, dass keine Probenreste im System verbleiben und die nächste Analyse sofort und kontinuierlich starten kann.

Anwendungsperspektiven in Medizin und Technik

"Diese Idee einer Trennung von Teilchen unterschiedlicher Größe auf der Basis entropischer Kräfte im Zusammenspiel mit Brownscher Bewegung und externen Kraftfeldern ermöglicht ein neues Szenario, heterogene Mischungen von Partikeln schnell und mit größter Sensitivität aufreinigen zu können“, erklärt Peter Hänggi. "Dieses neue Prinzip könnte somit die gängigen Verfahren in der Medizin und in der Technik verdrängen und eine revolutionäre Phase der Aufbereitung von heterogenen Substanzen begründen. Auf dem Weg, bis alles einwandfrei funktioniert, befürchte ich jedoch, müssen noch einige, momentan nicht vorhersehbare technische Finessen überwunden werden." (Birgit Gebauer/NIM)

Publikation:
Entropic Splitter for Particle Separation. D. Reguera, A. Luque, P. S. Burada, G. Schmid, J. M. Rubi, and P. Hänggi. PRL 108, 020604 (2012) - http://prl.aps.org/abstract/PRL/v108/i2/e020604

Kontakt:
Prof. Dr. Dr. h. c. mult. Peter Hänggi
Institut für Physik der Universität Augsburg
D-86135 Augsburg
Telefon +49(0)821-598-3249
hanggi@physik.uni-augsburg.de

Klaus P. Prem | idw
Weitere Informationen:
http://www.nano-initiative-munich.de/de
http://www.physik.uni-augsburg.de/theo1/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Heiß & kalt – Gegensätze ziehen sich an
25.04.2017 | Universität Wien

nachricht Astronomen-Team findet Himmelskörper mit „Schmauchspuren“
25.04.2017 | Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

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: TU Chemnitz präsentiert weltweit einzigartige Pilotanlage für nachhaltigen Leichtbau

Wickelprinzip umgekehrt: Orbitalwickeltechnologie soll neue Maßstäbe in der großserientauglichen Fertigung komplexer Strukturbauteile setzen

Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Bundesexzellenzclusters „Technologiefusion für multifunktionale Leichtbaustrukturen" (MERGE) und des Instituts für...

Im Focus: Smart Wireless Solutions: EU-Großprojekt „DEWI“ liefert Innovationen für eine drahtlose Zukunft

58 europäische Industrie- und Forschungspartner aus 11 Ländern forschten unter der Leitung des VIRTUAL VEHICLE drei Jahre lang, um Europas führende Position im Bereich Embedded Systems und dem Internet of Things zu stärken. Die Ergebnisse von DEWI (Dependable Embedded Wireless Infrastructure) wurden heute in Graz präsentiert. Zu sehen war eine Fülle verschiedenster Anwendungen drahtloser Sensornetzwerke und drahtloser Kommunikation – von einer Forschungsrakete über Demonstratoren zur Gebäude-, Fahrzeug- oder Eisenbahntechnik bis hin zu einem voll vernetzten LKW.

Was vor wenigen Jahren noch nach Science-Fiction geklungen hätte, ist in seinem Ansatz bereits Wirklichkeit und wird in Zukunft selbstverständlicher Teil...

Im Focus: Weltweit einzigartiger Windkanal im Leipziger Wolkenlabor hat Betrieb aufgenommen

Am Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) ist am Dienstag eine weltweit einzigartige Anlage in Betrieb genommen worden, mit der die Einflüsse von Turbulenzen auf Wolkenprozesse unter präzise einstellbaren Versuchsbedingungen untersucht werden können. Der neue Windkanal ist Teil des Leipziger Wolkenlabors, in dem seit 2006 verschiedenste Wolkenprozesse simuliert werden. Unter Laborbedingungen wurden z.B. das Entstehen und Gefrieren von Wolken nachgestellt. Wie stark Luftverwirbelungen diese Prozesse beeinflussen, konnte bisher noch nicht untersucht werden. Deshalb entstand in den letzten Jahren eine ergänzende Anlage für rund eine Million Euro.

Die von dieser Anlage zu erwarteten neuen Erkenntnisse sind wichtig für das Verständnis von Wetter und Klima, wie etwa die Bildung von Niederschlag und die...

Im Focus: Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität

Neue Erfindung der Universitäten Bielefeld und Tromsø (Norwegen)

Physiker der Universität Bielefeld und der norwegischen Universität Tromsø haben einen Chip entwickelt, der super-auflösende Lichtmikroskopie, auch...

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Internationaler Tag der Immunologie - 29. April 2017

28.04.2017 | Veranstaltungen

Kampf gegen multiresistente Tuberkulose – InfectoGnostics trifft MYCO-NET²-Partner in Peru

28.04.2017 | Veranstaltungen

123. Internistenkongress: Traumata, Sprachbarrieren, Infektionen und Bürokratie – Herausforderungen

27.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Über zwei Millionen für bessere Bordnetze

28.04.2017 | Förderungen Preise

Symbiose-Bakterien: Vom blinden Passagier zum Leibwächter des Wollkäfers

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie

Wie Pflanzen ihre Zucker leitenden Gewebe bilden

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie