Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Zellulären Sortierprozessen auf der Spur

07.03.2017

In einer tierischen oder pflanzlichen Zelle laufen unzählige Prozesse ab, in denen sich kleine Bausteine sortieren und zu größeren Molekülen zusammensetzen, umbauen oder wieder in ihre einzelnen Bestandteile zerlegen.

Wissenschaftler versuchen, derartige Ereignisse künstlich nachzustellen, sind aber von der Komplexität natürlicher Vorgänge noch weit entfernt. Forschern des DWI – Leibniz-Institut für Interaktive Materialien und der Universität Freiburg ist es nun gelungen, ein Set aus vier mikrometergroßen Bausteinen herzustellen, das sich ohne äußeres Zutun selbstständig auf unterschiedliche Weise sortieren und sich anschließend wieder vermischen kann.


Wissenschaftler des DWIs und der Universität Freiburg stellten vier Arten von mikroskopisch kleinen Gel-Partikeln her, die sich selbstständig zu unterschiedlichen Strukturen anordnen können.

Andreas Walther, Universität Freiburg

Der Forschungserfolg lässt sich anhand von Legosteinen erklären: Man nehme einen Haufen Legosteine, von denen jeder Stein entweder blau, rot, grün oder gelb ist. Wer es sich nun einfach machen möchte, baut diese Legosteine ohne Berücksichtigung der vier Farben zusammen, sodass ein buntes Gebilde entsteht.

Ein wenig größer ist der Aufwand, wenn man die Legosteine zunächst nach den vier Farben sortiert, sodass nur komplett blaue, rote, grüne oder gelbe Objekte entstehen. Läuft dieser Prozess selbstständig an, nennt man ihn ‚unsoziale‘ Assemblierung. Eine weitere, etwas komplexere Aufgabe ist, aus der bunten Mischung an Legosteinen nur Objekte mit roten und blauen Steinen und Objekte mit grünen und gelben Steinen zu bauen. Laufen beide Prozesse gleichzeitig und selbstständig ab, so spricht man von einer ‚sozialen‘ Assemblierung.

Eine ähnliche Aufgabe hatten sich die Wissenschaftler aus Aachen und Freiburg gestellt, allerdings nutzen sie winzige Gelpartikel, sogenannten Mikrogele, statt der handlichen Legosteine. Mikrogele sind besonders wasserreiche, schwammartige Gelpartikel, die sich chemisch modifizieren lassen.

„Wir haben vier verschiedenen Arten von Mikrogelen hergestellt, die sich selbstständig sortieren und zusammenfügen können. Dabei können sich die Mikrogel-Typen sowohl zu ‚unsozialen‘ Gruppen zusammenfügen, also unter ihresgleichen bleiben, oder sich ‚sozial‘ sortieren, also sich gemeinsam mit einem zweiten Mikrogel-Typ zusammenfügen“, erklärt Dr. Alexander Kühne vom DWI. Er leitete das Forschungsprojekt gemeinsam mit Prof. Dr. Andreas Walther, der im Herbst 2016 vom DWI an die Universität Freiburg wechselte.

Die Schwierigkeit lag für die Wissenschaftler darin, dass die Mikrogele zwischen falschen und richtigen Partnern unterscheiden müssen. Um das zu erreichen, bauten die Wissenschaftler molekulare Interaktionen in die Mikrogele ein, sodass manche Mikrogele nun miteinander interagieren können und andere wiederum nicht. Das funktioniert wie ein Schlüssel, der nur in ein bestimmtes Schloss passt.

Statt Schlüssel und Schloss verwendeten die Wissenschaftler schaltbare Moleküle, die sich in zyklische Zuckermoleküle einlagern. Mit einer Veränderung der Lichtbestrahlung oder durch bestimmte chemische Reaktionen können die Forscher die Form der schaltbaren Moleküle während des laufenden Experiments verändern. Auf diese Weise können die Mikrogele sich sortieren und auf Knopfdruck wieder auseinanderdriften und sich durchmischen.

„Wir möchten mit unseren Versuchen natürliche Vorgänge in Zellen besser verstehen“, so Kühne. „Gleichzeitig helfen uns Fortschritte auf diesem Gebiet bei der Entwicklung biologisch inspirierter, interaktiver Materialien.“

Veröffentlichung: Kang Han, Dennis Go, Thomas Tigges, Khosrow Rahimi, Alexander J. C. Kuehne, Andreas Walther, “Social Self-Sorting of Colloidal Families in Co-Assembling Microgel Systems”, Angewandte Chemie International Edition 2017,
DOI: 10.1002/anie.201612196.

Dr. Janine Hillmer | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.dwi.rwth-aachen.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Wie unser Gehirn auf Unterschiede fokussiert
20.02.2020 | Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

nachricht Langanhaltende und präzise Dosierung von Arzneimitteln dank Öl-Hydrogel-Gemisch: Aktive Tröpfchen
20.02.2020 | Technische Universität München

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: Fraunhofer IOSB-AST und DRK Wasserrettungsdienst entwickeln den weltweit ersten Wasserrettungsroboter

Künstliche Intelligenz und autonome Mobilität sollen dem Strukturwandel in Thüringen und Sachsen-Anhalt neue Impulse verleihen. Mit diesem Ziel fördert das Bundeswirtschaftsministerium ab sofort ein innovatives Projekt in Halle (Saale) und Ilmenau.

Der Wasserrettungsdienst Halle (Saale) und das Fraunhofer Institut für Optronik,
Systemtechnik und Bildauswertung, Institutsteil Angewandte Systemtechnik...

Im Focus: A step towards controlling spin-dependent petahertz electronics by material defects

The operational speed of semiconductors in various electronic and optoelectronic devices is limited to several gigahertz (a billion oscillations per second). This constrains the upper limit of the operational speed of computing. Now researchers from the Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter in Hamburg, Germany, and the Indian Institute of Technology in Bombay have explained how these processes can be sped up through the use of light waves and defected solid materials.

Light waves perform several hundred trillion oscillations per second. Hence, it is natural to envision employing light oscillations to drive the electronic...

Im Focus: Haben ein Auge für Farben: druckbare Lichtsensoren

Kameras, Lichtschranken und Bewegungsmelder verbindet eines: Sie arbeiten mit Lichtsensoren, die schon jetzt bei vielen Anwendungen nicht mehr wegzudenken sind. Zukünftig könnten diese Sensoren auch bei der Telekommunikation eine wichtige Rolle spielen, indem sie die Datenübertragung mittels Licht ermöglichen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) am InnovationLab in Heidelberg ist hier ein entscheidender Entwicklungsschritt gelungen: druckbare Lichtsensoren, die Farben sehen können. Die Ergebnisse veröffentlichten sie jetzt in der Zeitschrift Advanced Materials (DOI: 10.1002/adma.201908258).

Neue Technologien werden die Nachfrage nach optischen Sensoren für eine Vielzahl von Anwendungen erhöhen, darunter auch die Kommunikation mithilfe von...

Im Focus: Einblicke in die Rolle von Materialdefekten bei der spin-abhängigen Petahertzelektronik

Die Betriebsgeschwindigkeit von Halbleitern in elektronischen und optoelektronischen Geräten ist auf mehrere Gigahertz (eine Milliarde Oszillationen pro Sekunde) beschränkt. Die Rechengeschwindigkeit von modernen Computern trifft dadurch auf eine Grenze. Forscher am MPSD und dem Indian Institute of Technology in Bombay (IIT) haben nun untersucht, wie diese Grenze mithilfe von Lichtwellen und Festkörperstrukturen mit Defekten erhöht werden könnte, um noch größere Rechenleistungen zu erreichen.

Lichtwellen schwingen mehrere hundert Trillionen Mal pro Sekunde und haben das Potential, die Bewegung von Elektronen zu steuern. Im Gegensatz zu...

Im Focus: Charakterisierung von thermischen Schnittstellen für modulare Satelliten

Das Fraunhofer IFAM in Dresden hat ein neues Projekt zur thermischen Charakterisierung von Kupfer/CNT basierten Scheiben für den Einsatz in thermalen Schnittstellen von modularen Satelliten gestartet. Gefördert wird das Projekt „ThermTEST“ für 18 Monate vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie.

Zwischen den Einzelmodulen von modularen Satelliten werden zur Kopplung eine Vielzahl von Schnittstellen benötigt, die nach ihrer Funktion eingeteilt werden...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Gemeinsam auf kleinem Raum - Mikrowohnen

19.02.2020 | Veranstaltungen

Chemnitzer Linux-Tage am 14. und 15. März 2020: „Mach es einfach!“

12.02.2020 | Veranstaltungen

4. Fachtagung Fahrzeugklimatisierung am 13.-14. Mai 2020 in Stuttgart

10.02.2020 | Veranstaltungen

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

Wie unser Gehirn auf Unterschiede fokussiert

20.02.2020 | Biowissenschaften Chemie

Langanhaltende und präzise Dosierung von Arzneimitteln dank Öl-Hydrogel-Gemisch: Aktive Tröpfchen

20.02.2020 | Biowissenschaften Chemie

Forschungsprojekt der HSWT automatisiert die Verarbeitung drohnengestützt erhobener Bonituren in der Weizenzüchtung

20.02.2020 | Agrar- Forstwissenschaften

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