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 INNOVENT startet Innovatives Anwenderprojekt (INNAP) „Sol-Gel-Beschichtungen für temperaturempfindliche Substrate“
27.01.2020 | INNOVENT e.V. Technologieentwicklung Jena

nachricht Plättchen statt Kügelchen machen Bildschirme sparsam
20.01.2020 | Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich)

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Wie man ein Bild von einem Lichtpuls macht

Um die Form von Lichtpulsen zu messen, brauchte man bisher komplizierte Messanlagen. Ein Team von MPI Garching, LMU München und TU Wien schafft das nun viel einfacher.

Mit modernen Lasern lassen sich heute extrem kurze Lichtpulse erzeugen, mit denen man dann Materialien untersuchen oder sogar medizinische Diagnosen erstellen...

Im Focus: Ein ultraschnelles Mikroskop für die Quantenwelt

Was in winzigen elektronischen Bauteilen oder in Molekülen geschieht, lässt sich nun auf einige 100 Attosekunden und ein Atom genau filmen

Wie Bauteile für künftige Computer arbeiten, lässt sich jetzt gewissermaßen in HD-Qualität filmen. Manish Garg und Klaus Kern, die am Max-Planck-Institut für...

Im Focus: Integrierte Mikrochips für elektronische Haut

Forscher aus Dresden und Osaka präsentieren das erste vollintegrierte Bauelement aus Magnetsensoren und organischer Elektronik und schaffen eine wichtige Voraussetzung für die Entwicklung von elektronischer Haut.

Die menschliche Haut ist faszinierend und hat viele Funktionen. Eine davon ist der Tastsinn, bei dem vielfältige Informationen aus der Umgebung verarbeitet...

Im Focus: Dresdner Forscher entdecken Mechanismus bei aggressivem Krebs

Enzym blockiert Wächterfunktion gegen unkontrollierte Zellteilung

Wissenschaftler des Universitätsklinikums Carl Gustav Carus Dresden im Nationalen Centrum für Tumorerkrankungen Dresden (NCT/UCC) haben gemeinsam mit einem...

Im Focus: Integrate Micro Chips for electronic Skin

Researchers from Dresden and Osaka present the first fully integrated flexible electronics made of magnetic sensors and organic circuits which opens the path towards the development of electronic skin.

Human skin is a fascinating and multifunctional organ with unique properties originating from its flexible and compliant nature. It allows for interfacing with...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

HDT-Tagung: Sensortechnologien im Automobil

24.01.2020 | Veranstaltungen

Tagung befasst sich mit der Zukunft der Mobilität

22.01.2020 | Veranstaltungen

ENERGIE – Wende. Wandel. Wissen.

22.01.2020 | Veranstaltungen

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

Physik lebender Systeme - Wie Proteine die Zellachse finden

27.01.2020 | Biowissenschaften Chemie

Bioreaktor Kuh - Antikörper aus der Kuh ersetzen Antibiotika

27.01.2020 | Biowissenschaften Chemie

INNOVENT startet Innovatives Anwenderprojekt (INNAP) „Sol-Gel-Beschichtungen für temperaturempfindliche Substrate“

27.01.2020 | Materialwissenschaften

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