Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wie Moleküle sich selbst organisieren

20.03.2020

Kieler Forschende kontrollieren die Größe von Molekül-Superstrukturen auf Oberflächen

Die meisten technischen Geräte werden von Menschen oder Maschinen aus einzelnen Komponenten Stück für Stück nach einem Bauplan zusammengesetzt. Lebende Organismen hingegen basieren auf einem anderen Konzept, Moleküle ordnen sich selbständig zu größeren Einheiten an.


Moleküle auf einer Silberoberfläche haben sich selbstständig zu einer großflächigen Struktur von 45 Nanometern Kantenlänge angeordnet.

Copyright: Manuel Gruber und Torben Jasper-Tönnies

Ein einfaches Beispiel für diese molekulare Selbstorganisation ist das Wachsen nahezu perfekter Kristalle aus Zucker- oder Salzmolekülen, die sich ziellos in einer Lösung bewegen.

Um die Bildung makroskopischer Strukturen aus Molekülen besser zu verstehen, hat ein Forschungsteam aus der Experimentellen und Angewandten Physik sowie der Organischen Chemie der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) derartige Prozesse mit maßgeschneiderten Molekülen nachgeahmt.

Wie sie kürzlich in der Fachzeitschrift Angewandte Chemie berichteten, konnten sie verschiedene Muster von Molekülen unterschiedlicher Größe herstellen, darunter regelrechte „Superstrukturen“.

Die Forschenden brachten dreieckige Moleküle (Methyltrioxatriangulenium) auf Gold- und Silberoberflächen auf und untersuchten mit einem Rastertunnel-mikroskop die sich bildenden wabenförmigen Molekülanordnungen.

Sie bestehen aus regelmäßigen Mustern, deren Größe die Wissenschaftler steuern konnten. „Unsere größten Muster enthalten Untereinheiten mit je 3.000 Molekülen – das sind etwa zehnmal mehr als bisher berichtet wurde“, sagt Dr. Manuel Gruber vom Institut für Experimentelle und Angewandte Physik der CAU.

Das Forschungsteam entwickelte außerdem ein Modell der Kräfte zwischen den Molekülen, die die Strukturbildung bestimmen. „Das Besondere an unseren Ergebnissen ist, dass wir die unerwartet großen Strukturen erklären, vorhersagen und nun auch gezielt erzeugen können", so Gruber weiter. „Das ist nützlich für nanotechnologische Anwendungen wie die Funktionalisierung von Oberflächen.“

Die Arbeit wurde gefördert von der Deutschen Forschungsgemeinschaft DFG im Rahmen des Kieler Sonderforschungsbereichs 677 "Funktion durch Schalten" und des DFG-Schwerpunktprogramms 1928 „Koordinationsnetzwerke als Bausteine für Funktionssysteme“.

Bildmaterial zum Download steht bereit:
https://www.uni-kiel.de/de/pressemitteilungen/2020/075-superstructure-1.jpg
Bildunterschrift: Die Aufnahme aus dem Rastertunnelmikroskop zeigt eine großflächige Struktur, zu der sich Moleküle auf einer Silberoberfläche selbsttätig angeordnet haben. Jeder Punkt zeigt ein Molekül mit einem Durchmesser von etwa einem Nanometer. Das resultierende Muster besteht aus Dreiecken von 45 Nanometern Kantenlänge.
Copyright: Manuel Gruber und Torben Jasper-Tönnies

Details, die nur Millionstel Millimeter groß sind: Damit beschäftigt sich der Forschungsschwerpunkt »Nanowissenschaften und Oberflächenforschung« (Kiel Nano, Surface and Interface Science – KiNSIS) an der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU). Im Nanokosmos herrschen andere, nämlich quantenphysikalische, Gesetze als in der makroskopischen Welt. Durch eine intensive interdisziplinäre Zusammenarbeit zwischen Physik, Chemie, Ingenieurwissenschaften und Life Sciences zielt der Schwerpunkt darauf ab, die Systeme in dieser Dimension zu verstehen und die Erkenntnisse anwendungsbezogen umzusetzen. Molekulare Maschinen, neuartige Sensoren, bionische Materialien, Quantencomputer, fortschrittliche Therapien und vieles mehr können daraus entstehen. Mehr Informationen auf http://www.kinsis.uni-kiel.de

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Prof. Dr. Rainer Herges
Otto Diels-Institut für Organische Chemie
Tel. +49 (0)431 880 2440
Mail: rherges@oc.uni-kiel.de
Web: http://www.otto-diels-institut.de/en/otto-diels-institute-of-organic-chemistry

Dr. rer. nat. Manuel Gruber
Oberflächenphysik
Tel. +49 (0)431 880 5091
Mail: gruber@physik.uni-kiel.de
Web: http://www.ieap.uni-kiel.de/surface

Originalpublikation:

T. Jasper-Tönnies, M. Gruber, S. Ulrich, R. Herges and R. Berndt, Coverage‐Controlled Superstructures of C3 Symmetric Molecules: Honeycomb versus Hexagonal Tiling, Angew. Chem. Int. Ed. https://doi.org/10.1002/ange.202001383

Weitere Informationen:

https://www.uni-kiel.de/de/detailansicht/news/075-superstrukturen

Dr. Boris Pawlowski | Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

Weitere Berichte zu: Angewandte Chemie CAU Funktionssysteme Kantenlänge Moleküle Nanometer

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Forschung gegen das Corona-Virus – Gewebemodelle für schnelle Wirkstofftests
08.04.2020 | Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC

nachricht Mutation senkt Energieverschwendung bei Pflanzen
08.04.2020 | Ruhr-Universität Bochum

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: Innovative Technologien für Satelliten

Er kommt ohne Verkabelung aus und seine tragende Struktur ist gleichzeitig ein Akku: An einem derart raffiniert gebauten Kleinsatelliten arbeiten Forschungsteams aus Braunschweig und Würzburg. Für 2023 ist das Testen des Kleinsatelliten im Orbit geplant.

Manche Satelliten sind nur wenig größer als eine Milchtüte. Dieser Bautypus soll jetzt eine weiter vereinfachte Architektur bekommen und dadurch noch leichter...

Im Focus: The human body as an electrical conductor, a new method of wireless power transfer

Published by Marc Tudela, Laura Becerra-Fajardo, Aracelys García-Moreno, Jesus Minguillon and Antoni Ivorra, in Access, the journal of the Institute of Electrical and Electronics Engineers

The project Electronic AXONs: wireless microstimulators based on electronic rectification of epidermically applied currents (eAXON, 2017-2022), funded by a...

Im Focus: Belle II liefert erste Ergebnisse: Auf der Suche nach dem Z‘-Boson

Vor ziemlich genau einem Jahr ist das Belle II-Experiment angelaufen. Jetzt veröffentlicht das renommierte Journal Physical Review Letters die ersten Resultate des Detektors. Die Arbeit befasst sich mit einem neuen Teilchen im Zusammenhang mit der Dunklen Materie, die nach heutigem Kenntnisstand etwa 25 Prozent des Universums ausmacht.

Seit etwa einem Jahr nimmt das Belle II-Experiment Daten für physikalische Messungen. Sowohl der Elektron-Positron-Beschleuniger SuperKEKB als auch der...

Im Focus: Belle II yields the first results: In search of the Z′ boson

The Belle II experiment has been collecting data from physical measurements for about one year. After several years of rebuilding work, both the SuperKEKB electron–positron accelerator and the Belle II detector have been improved compared with their predecessors in order to achieve a 40-fold higher data rate.

Scientists at 12 institutes in Germany are involved in constructing and operating the detector, developing evaluation algorithms, and analyzing the data.

Im Focus: Wenn Ionen an ihrem Käfig rütteln

In vielen Bereichen spielen „Elektrolyte“ eine wichtige Rolle: Sie sind bei der Speicherung von Energie in unserem Körper wie auch in Batterien von großer Bedeutung. Um Energie freizusetzen, müssen sich Ionen – geladene Atome – in einer Flüssigkeit, wie bspw. Wasser, bewegen. Bisher war jedoch der präzise Mechanismus, wie genau sie sich durch die Atome und Moleküle der Elektrolyt-Flüssigkeit bewegen, weitgehend unverstanden. Wissenschaftler*innen des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung haben nun gezeigt, dass der durch die Bewegung von Ionen bestimmte elektrische Widerstand einer Elektrolyt-Flüssigkeit sich auf mikroskopische Schwingungen dieser gelösten Ionen zurückführen lässt.

Kochsalz wird in der Chemie auch als Natriumchlorid bezeichnet. Löst man Kochsalz in Wasser lösen sich Natrium und Chlorid als positiv bzw. negativ geladene...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Aachener Werkzeugmaschinen-Kolloquium AWK’21 findet am 10. und 11. Juni 2021 statt

06.04.2020 | Veranstaltungen

Interdisziplinärer Austausch zum Design elektrochemischer Reaktoren

03.04.2020 | Veranstaltungen

13. »AKL – International Laser Technology Congress«: 4.–6. Mai 2022 in Aachen – Lasertechnik Live bereits früher!

02.04.2020 | Veranstaltungen

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

Kleine Flugplätze durch Virtual Reality unterstützen

08.04.2020 | Verkehr Logistik

Forschung gegen das Corona-Virus – Gewebemodelle für schnelle Wirkstofftests

08.04.2020 | Biowissenschaften Chemie

Kostengünstiges mobiles Beatmungsgerät entwickelt

08.04.2020 | Medizintechnik

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