Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Neuartige Technik ermöglicht Massenfabrikation von Nanoteilchen

18.03.2016

Maßgeschneiderte Kolloide für zahlreiche wissenschaftliche und technische Anwendungen lassen sich schnell und kostengünstig produzieren.

Gemeinsam mit Experimentatoren von der Princeton University (USA) haben Mainzer Physiker um Dr. Arash Nikoubashman eine neuartige Technik zur Massenfabrikation von Nanoteilchen entwickelt und theoretisch analysiert.


Schematische Darstellung der Fabrikationstechnik mit experimenteller Aufnahme eines Janus Nanoteilchens bestehend aus Polystyren und Polyisopren (Durchmesser etwa 300nm)

Abb./Copyright: Arash Nikoubashman

Damit wird es möglich, schnell und kostengünstig polymerbasierte Kolloide – Nanoteilchen in einer Lösung – herzustellen. Solche maßgeschneiderten Kolloide werden für zahlreiche wissenschaftliche und technische Anwendungen benötigt.

Bisher war es jedoch nur mit großem Aufwand, hohen Kosten und in kleiner Zahl möglich, die für moderne Anwendungen sehr gefragten Nanoteilchen zu produzieren.

Experimente in Princeton zeigten, dass beim schnellen Mischen einer Polymerlösung mit Wasser weiche Nanopartikel entstehen, die ohne das Hinzufügen zusätzlicher Stoffe stabil bleiben – eine verblüffend einfache Lösung für das Problem, Nanoteilchen zu erzeugen. Als Polymerlösung wurde zunächst in Tetrahydrofuran (THF) gelöstes Polystyrol (Styropor) sowie Polyisopren (Naturkautschuk) verwendet.

Um die zugrunde liegende Physik zu verstehen und systematisch zu erforschen, wie sich diese Aggregation über verschiedene Parameter beeinflussen lässt, haben Physiker um Dr. Arash Nikoubashman in Mainz zahlreiche Simulationen durchgeführt. Das Wasser lässt die Polymerketten kollabieren und zu Nanopartikeln aggregieren.

Die Tatsache, dass sich die Teilchen spontan selbst anordnen, macht es möglich zu beeinflussen, wie sich die einzelnen Partikel zu komplexeren Strukturen zusammenfügen. Über die Geschwindigkeit des Mischens und die Konzentration der Polymerlösung lässt sich gut steuern, wie groß die entstehenden Partikel werden.

Nanoteilchen stecken etwa in Katalysatoren, Kosmetik, wasserabweisenden Strukturen und optoelektronischen Elementen, zudem spielen sie in der medizinischen Forschung eine große Rolle. Die Eigenschaften dieser Teilchen sind abhängig vom Material, aus denen sie gemacht sind, aber auch ganz entscheidend von ihrer Größe und Oberflächenbeschaffenheit.

Bei der bisherigen Produktion von Nanoteilchen mussten oft zusätzliche Stabilisatoren eingebracht werden, damit die entstandenen Nanoteilchen nicht direkt wieder zerfallen oder verklumpen (aggregieren). Solche Stabilisatoren lagern sich um das Nanoteilchen herum an und beeinflussen damit die Oberflächenbeschaffenheit des Teilchens, die wiederum manchmal genau von entscheidender Bedeutung für die jeweilige Anwendung ist.

Dies ist zum Beispiel der Fall bei so genannten Janus-Teilchen, die aus zwei Hälften mit gegensätzlichen Eigenschaften bestehen. Jetzt ist es den Wissenschaftlern aus Mainz und Princeton mit ihrer Methode gelungen, ohne solche Stabilisatoren auszukommen und dennoch stabile Nanoteilchen herzustellen, bei denen die Oberflächenstruktur also erhalten bleiben kann. Das gelingt, weil das beigemischte Wasser eine negative Ladung der Nanoteilchen bewirkt, sodass diese sich gegenseitig abstoßen und auf diese Weise in sich stabil bleiben.

Bislang experimentierten die Physiker mit verhältnismäßig einfachen Polymeren. Da sich diese allerdings ganz ähnlich verhalten, deutet sich an, dass dies für eine Vielzahl anderer Materialien und Oberflächen gleichermaßen gelten könnte. Dies würde es erlauben, unterschiedlichste kolloidale Teilchen herzustellen – und das im Unterschied zu bisherigen Methoden massenhaft, nicht nur vereinzelt. Die jetzt neu entwickelte Methode könnte damit zahlreiche neue Möglichkeiten für wissenschaftliche und industrielle Anwendungen eröffnen, etwa für optoelektronische Geräte, hochspezifische Katalysatoren oder biomedizinische Anwendungen.

Veröffentlichung:
A. Nikoubashman, V.E. Lee, C. Sosa, R.K. Prud'homme, R.D. Priestley and A.Z. Panagiotopoulos: Directed assembly of soft colloids through rapid solvent exchange, ACS Nano, (2016), 10, 1425-1433. DOI: 10.1021/acsnano.5b06890
http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.5b06890


Weitere Informationen:
Dr. Arash Nikoubashman
Institut für Physik
Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Staudingerweg 7-9
55128 Mainz
Tel. +49 6131 39-27254
Fax +49 6131 39-20496
E-Mail: anikouba@uni-mainz.de

Weitere Informationen:

http://www.komet331.physik.uni-mainz.de/nikoubashman.php

Petra Giegerich | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Aus-Schalter für Nebenwirkungen
22.06.2018 | Max-Planck-Institut für Biochemie

nachricht Ein Fall von „Kiss and Tell“: Chromosomales Kissing wird fassbarer
22.06.2018 | Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund

Noch mehr Reichweite oder noch mehr Nutzlast - das wünschen sich Fluggesellschaften für ihre Flugzeuge. Wegen ihrer hohen spezifischen Steifigkeiten und Festigkeiten kommen daher zunehmend leichte Faser-Kunststoff-Verbunde zum Einsatz. Bei Rümpfen oder Tragflächen sind permanent Innovationen in diese Richtung zu beobachten. Um dieses Innovationsfeld auch für Flugzeugräder zu erschließen, hat das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF jetzt ein neues EU-Forschungsvorhaben gestartet. Ziel ist die Entwicklung eines ersten CFK-Bugrads für einen Airbus A320. Dabei wollen die Forscher ein Leichtbaupotential von bis zu 40 Prozent aufzeigen.

Faser-Kunststoff-Verbunde sind in der Luftfahrt bei zahlreichen Bauteilen bereits das Material der Wahl. So liegt beim Airbus A380 der Anteil an...

Im Focus: IT-Sicherheit beim autonomen Fahren

FH St. Pölten entwickelt neue Methode für sicheren Informationsaustausch zwischen Fahrzeugen mittels Funkdaten

Neue technische Errungenschaften wie das Internet der Dinge oder die direkte drahtlose Kommunikation zwischen Objekten erhöhen den Bedarf an effizienter...

Im Focus: Innovative Handprothesensteuerung besteht Alltagstest

Selbstlernende Steuerung für Handprothesen entwickelt. Neues Verfahren lässt Patienten natürlichere Bewegungen gleichzeitig in zwei Achsen durchführen. Forscher der Universitätsmedizin Göttingen (UMG) veröffentlichen Studie im Wissenschaftsmagazin „Science Robotics“ vom 20. Juni 2018.

Motorisierte Handprothesen sind mittlerweile Stand der Technik bei der Versorgung von Amputationen an der oberen Extremität. Bislang erlauben sie allerdings...

Im Focus: Temperaturgesteuerte Faser-Lichtquelle mit flüssigem Kern

Die moderne medizinische Bildgebung und neue spektroskopische Verfahren benötigen faserbasierte Lichtquellen, die breitbandiges Laserlicht im nahen und mittleren Infrarotbereich erzeugen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien Jena (Leibniz-IPHT) zeigen in einer aktuellen Veröffentlichung im renommierten Fachblatt Optica, dass sie die optischen Eigenschaften flüssigkeitsgefüllter Fasern und damit die Bandbreite des Laserlichts gezielt über die Umgebungstemperatur steuern können.

Das Besondere an den untersuchten Fasern ist ihr Kern. Er ist mit Kohlenstoffdisulfid gefüllt - einer flüssigen chemischen Verbindung mit hoher optischer...

Im Focus: Temperature-controlled fiber-optic light source with liquid core

In a recent publication in the renowned journal Optica, scientists of Leibniz-Institute of Photonic Technology (Leibniz IPHT) in Jena showed that they can accurately control the optical properties of liquid-core fiber lasers and therefore their spectral band width by temperature and pressure tuning.

Already last year, the researchers provided experimental proof of a new dynamic of hybrid solitons– temporally and spectrally stationary light waves resulting...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Neueste Entwicklungen in Forschung und Technik

25.06.2018 | Veranstaltungen

Wheat Initiative holt Weizenforscher aus aller Welt an einen Tisch

25.06.2018 | Veranstaltungen

Leben im Plastikzeitalter: Wie ist ein nachhaltiger Umgang mit Plastik möglich?

21.06.2018 | Veranstaltungen

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

Schnelle Wasserbildung in diffusen interstellaren Wolken

25.06.2018 | Physik Astronomie

Gleisgenaue Positionsbestimmung für automatisierte Bahnanwendungen

25.06.2018 | Informationstechnologie

Neueste Entwicklungen in Forschung und Technik

25.06.2018 | Veranstaltungsnachrichten

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