Oberfläche verändert Eigenschaften auf Knopfdruck

Einsatzmöglichkeiten in Medizin, Biologie und Materialforschung

Wissenschaftler des Massachusetts Institute of Technology (MIT) haben Oberflächen entwickelt, die auf Knopfdruck ihre Eigenschaften ändern können. Das einzigartige Design ebnet den Weg für Systeme, die z.B. Zellen und Substanzen „on demand“ abgeben oder anziehen. In der aktuellen Ausgabe des Fachmagazins Science http://www.sciencemag.org beschreiben die Forscher eine Anwendungsmöglichkeit: Sie entwickelten eine Oberfläche, die bei der Anlegung eines elektrischen Feldes zwischen den Zuständen wasserabstoßend und wasseranziehend umschalten kann. Bei Änderung des elektrischen Potenzials des Feldes von positiv zu negativ änderten sich die Eigenschaften.

Die schaltbare Oberfläche besteht aus einer Molekülschicht, die lediglich eine milliardstel Meter hoch ist. Die winzigen, länglichen und elastischen Moleküle befinden sich in einem engen Raster auf der Oberfläche. In diesem speziellen Fall ist ihre Spitze negativ geladen und wasseranziehend (hydrophil). Die Basis ist positiv geladen und stößt Wasser ab. Wird nun ein schwaches elektrisches Feld angelegt, zieht es in Abhängigkeit der Polung die Moleküle entweder nach oben oder unten. So kann auf der „intelligenten“ Oberfläche zwischen wasseranziehend und wasserabstoßend hin und her geschaltet werden.

Eine Herausforderung stellte die Bildung der sich selbst arrangierenden Molekülschicht dar. Die einzelnen länglichen Moleküle sollten genug Platz haben, sich zu biegen. Gewöhnlich sind sich selbst arrangierende Molekülschichten dadurch charakterisiert, dass die Moleküle sehr dicht nebeneinander gepackt sind und wenig Raum zur Bewegung haben. Das Team unter der Leitung von Robert Langer wendete einen Trick an. Die Forscher setzten den Molekülen bei der Bildung der Molekülschicht einen „Hut“ auf. Nach dessen Entfernung lag eine lockere Molekülschicht vor.

Nach diesem Prinzip will das MIT-Team auch andere Eigenschaften wie beispielsweise die Reibung beeinflussen. Die Erfindung ist bereits patentiert. Anwendungsmöglichkeiten der bereits patentierten Erfindung sind u.a. neuartige Systeme zur Abgabe von Medikamenten.