Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Laserstrahl als Platzanweiser für Moleküle

27.08.2012
Mit Laserstrahlen können Moleküle in einem dreidimensionalen Material punktgenau an der richtigen Stelle fixiert werden. Die an der TU Wien entwickelte Methode kann für das Züchten von Gewebe oder für Mikrosensoren verwendet werden.

Es gibt heute viele Methoden, dreidimensionale Objekte auf der Größenskala von Mikrometern herzustellen. Doch was kann man tun, wenn man auch die chemischen Eigenschaften eines Materials mikrometergenau bestimmen möchte?


3D-Muster, erzeugt durch Photografting (180 µm Breite). Grün fluoriszierende Moleküle werden in einem Hydrogel fixiert. TU Wien

An der TU Wien wurde nun eine Methode entwickelt, mit einem Laserstrahl bestimmte Moleküle punktgenau an gewünschten Stellen andocken zu lassen. Beim Züchten von biologischem Gewebe könnte man so durch präzise chemische Signale vorgeben, an welchen Stellen sich einzelne Zellen anlagern sollen. Auch für die Sensorik eröffnen sich spannende Chancen:

Ein winziges, dreidimensionales „Labor im Chip“ wäre möglich, in dem exakt angeordnete Moleküle auf die Stoffe der Umgebung reagieren.

Materialwissenschaft und Chemie

„3D-Photografting“ heißt die neue Methode. Zwei Arbeitsgruppen der TU Wien arbeiteten bei diesem Projekt eng zusammen: Das Materialwissenschafts-Team von Prof. Jürgen Stampfl und die Gruppe um Prof. Robert Liska aus dem Bereich makromolekulare Chemie.

Die beiden Forschungsgruppen machten schon in der Vergangenheit mit neuartigen 3D-Druckern auf sich aufmerksam. Für die Anwendungen, um die es diesmal geht, wären 3D-Druckverfahren allerdings nicht zielführend gewesen: „Ein Material aus winzigen Bausteinen mit unterschiedlichen chemischen Eigenschaften zusammenzusetzen ist extrem aufwendig“, erklärt Aleksandr Ovsianikov vom Institut für Werkstoffwissenschaften der TU Wien. „Man geht daher von einem bestehenden dreidimensionalen Gerüst aus und bringt punktgenau an den gewünschten Stellen bestimmte Moleküle an.“
Moleküle im Hydrogel – fixiert vom Laserstrahl

Die Ausgangsbasis bildet ein sogenanntes Hydrogel – ein Material aus Makromolekülen, die in einem sehr lockeren Netzwerk angeordnet sind. Zwischen ihnen bleiben große Lücken, durch die sich andere Moleküle, oder auch ganze Zellen, hindurchbewegen können.

Maßgeschneiderte Moleküle werden in dieses Hydrogel-Netz eingebracht, dann werden bestimmte Stellen mit einem Laser bestrahlt. Dort, wo der fokussierte Laser besonders intensiv ist, wird eine photochemisch labile Bindung der Moleküle gebrochen. Dadurch werden reaktive Intermediate gebildet, die sich lokal sehr rasch in das Netzwerk des Hydrogels einbauen. Die erreichbare Genauigkeit hängt vom verwendeten Laser-Linsensystem ab. An der TU Wien konnte eine Auflösung von 4 µm erreicht werden. „Ähnlich wie ein Maler nach Belieben Farbe auf verschiedenen Stellen der Leinwand aufträgt, werden Moleküle am Hydrogel fixiert – allerdings in drei Dimensionen und mit höchster Präzision“ erklärt Robert Liska.

Moleküle als chemisches Signal für Zellen

Einsetzbar ist die neue Methode zum Beispiel für die künstliche Erzeugung von biologischem Gewebe. Ähnlich wie eine Kletterpflanze, die entlang eines Gerüsts nach oben wächst, brauchen auch Zellen eine Vorgabe, an der sie sich anlagern. In natürlichem Gewebe wird das durch die „extrazelluläre Matrix“ gewährleistet – einer Struktur, die den Zellen durch bestimmte Aminosäure-Sequenzen signalisiert, wo sie andocken müssen.

Man versucht daher, im Labor ähnliche chemische Signale zu setzen. Experimente mit der Anlagerung von Zellen auf zweidimensionalen Flächen gab es bereits, doch zur Herstellung größerer Gewebe, die eine innere Struktur haben (etwa Blutkapillaren), ist ein echtes 3D-Verfahren unverzichtbar.
Mini-Sensoren spüren Moleküle auf

Je nach Anwendungsgebiet kann man für diese Technik ganz unterschiedliche Moleküle verwenden – so kann das „3D-Photografting“ nicht nur für Bio-Engineering nützlich sein, sondern etwa auch für die Herstellung von Solarzellen dienen. Auch in der Sensorik verspricht man sich viel von dieser Technologie: Punktgenau kann man damit Moleküle anordnen, die bestimmte chemische Substanzen binden und sie damit nachweisbar machen. Ein mikroskopisches „Labor im Chip“ wird damit möglich.
Rückfragehinweise:
Dr. Aleksandr Ovsianikov
Institut für Werkstoffwissenschaft und Werkstofftechnologie
Technische Universität Wien
Favoritenstr. 9-11, 1040 Wien
T: +43-1-58801-30830
aleksandr.ovsianikov@tuwien.ac.at

Aussender:
Dr. Florian Aigner
Büro für Öffentlichkeitsarbeit
Technische Universität Wien
Operngasse 11, 1040 Wien
T.: +43-1-58801-41027
florian.aigner@tuwien.ac.at

Dr. Florian Aigner | Technische Universität Wien
Weitere Informationen:
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201290098/abstract
http://www.tuwien.ac.at/dle/pr/aktuelles/downloads/2012/platzanweiser/
http://www.youtube.com/watch?v=04udOnqdyXQ&feature=youtu.be

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht TFK entwickelt Herstellungsverfahren für großflächige Metalldrahtnetze zum Einsatz in der Raumfahrt
09.07.2020 | Hochschule Hof - University of Applied Sciences

nachricht Löchrige Graphenbänder mit Stickstoff für Elektronik und Quantencomputing
08.07.2020 | Universität Basel

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Elektrische Spannung aus Elektronenspin – Batterie der Zukunft?

Forschern der Technischen Universität Ilmenau ist es gelungen, sich den Eigendrehimpuls von Elektronen – den sogenannten Elektronenspin, kurz: Spin – zunutze zu machen, um elektrische Spannung zu erzeugen. Noch sind die gemessenen Spannungen winzig klein, doch hoffen die Wissenschaftler, auf der Basis ihrer Arbeiten hochleistungsfähige Batterien der Zukunft möglich zu machen. Die Forschungsarbeiten des Teams um Prof. Christian Cierpka und Prof. Jörg Schumacher vom Institut für Thermo- und Fluiddynamik wurden soeben im renommierten Journal Physical Review Applied veröffentlicht.

Laptop- und Handyspeicher der neuesten Generation nutzen Erkenntnisse eines der jüngsten Forschungsgebiete der Nanoelektronik: der Spintronik. Die heutige...

Im Focus: Neue Erkenntnisse über Flüssigkeiten, die ohne Widerstand fließen

Verlustfreie Stromleitung bei Raumtemperatur? Ein Material, das diese Eigenschaft aufweist, also bei Raumtemperatur supraleitend ist, könnte die Energieversorgung revolutionieren. Wissenschaftlern vom Exzellenzcluster „CUI: Advanced Imaging of Matter“ an der Universität Hamburg ist es nun erstmals gelungen, starke Hinweise auf Suprafluidität in einer zweidimensionalen Gaswolke zu beobachten. Sie berichten im renommierten Magazin „Science“ über ihre Experimente, in denen zentrale Aspekte der Supraleitung in einem Modellsystem untersucht werden können.

Es gibt Dinge, die eigentlich nicht passieren sollten. So kann z. B. Wasser nicht durch die Glaswand von einem Glas in ein anderes fließen. Erstaunlicherweise...

Im Focus: The spin state story: Observation of the quantum spin liquid state in novel material

New insight into the spin behavior in an exotic state of matter puts us closer to next-generation spintronic devices

Aside from the deep understanding of the natural world that quantum physics theory offers, scientists worldwide are working tirelessly to bring forth a...

Im Focus: Im Takt der Atome: Göttinger Physiker nutzen Schwingungen von Atomen zur Kontrolle eines Phasenübergangs

Chemische Reaktionen mit kurzen Lichtblitzen filmen und steuern – dieses Ziel liegt dem Forschungsfeld der „Femtochemie“ zugrunde. Mit Hilfe mehrerer aufeinanderfolgender Laserpulse sollen dabei atomare Bindungen punktgenau angeregt und nach Wunsch aufgespalten werden. Bisher konnte dies für ausgewählte Moleküle realisiert werden. Forschern der Universität Göttingen und des Max-Planck-Instituts für biophysikalische Chemie in Göttingen ist es nun gelungen, dieses Prinzip auf einen Festkörper zu übertragen und dessen Kristallstruktur an der Oberfläche zu kontrollieren. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift Nature erschienen.

Das Team um Jan Gerrit Horstmann und Prof. Dr. Claus Ropers bedampfte hierfür einen Silizium-Kristall mit einer hauchdünnen Lage Indium und kühlte den Kristall...

Im Focus: Neue Methode führt zehnmal schneller zum Corona-Testergebnis

Forschende der Universität Bielefeld stellen beschleunigtes Verfahren vor

Einen Test auf SARS-CoV-2 durchzuführen und auszuwerten dauert aktuell mehr als zwei Stunden – und so kann ein Labor pro Tag nur eine sehr begrenzte Zahl von...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Intensiv- und Notfallmedizin: „Virtueller DIVI-Kongress ist ein Novum für 6.000 Teilnehmer“

08.07.2020 | Veranstaltungen

Größte nationale Tagung für Nuklearmedizin

07.07.2020 | Veranstaltungen

Corona-Apps gegen COVID-19: Nationalakademie Leopoldina veranstaltet internationales virtuelles Podiumsgespräch

07.07.2020 | Veranstaltungen

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

Erster Test für neues Roboter-Umweltmonitoring-System der TU Bergakademie Freiberg

10.07.2020 | Informationstechnologie

Binnenschifffahrt soll revolutioniert werden: Erst ferngesteuert, dann selbstfahrend

10.07.2020 | Verkehr Logistik

Robuste Hochleistungs-Datenspeicher durch magnetische Anisotropie

10.07.2020 | Informationstechnologie

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