Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Nanosuspensionen und ihre Beziehung zur Atmosphärenphysik

20.02.2003


Nanosuspensionen und ihre Beziehung zur Atmosphärenphysik - Ein hypothetisches Szenarium der Klimastabilisierung



Die Biokompatibilität von Biomaterialien hängt neben der chemischen Zusammensetzung des Materials auch von einer der Zellgröße angepaßten Mikrostruktur und einer den Zellrezeptoren angepaßten Nanostruktur ab. Mit solchen Strukturen wird ein Biomaterial, zum Beispiel ein Implantat aus Titan, von den andockenden Zellen eher akzeptiert, nicht als körperfremd "eingestuft", und es kommt zu einem besseren und dauerhafteren Verbund zwischen Zellen und Biomaterial. Daher werden weltweit Bemühungen unternommen, die Prozesse der Mikro- und Nanostrukturierung des Biomaterials zu systematisieren und zu vereinfachen. Am liebsten möchte man beide Strukturen gleichzeitig auf die Biomaterial-Oberfläche aufbringen und dann in einem weiteren Schritt immobilisieren, also dauerhaft machen. Man spricht von dual strukturierten Biomaterialien oder sogenannten biomimetischen Mustern.



Vor wenigen Monaten gelang es Dr. Andrei Sommer und PD Dr. med. Dr.-Ing. Ralf-Peter Franke vom Zentralinstitut für Biomedizinische Technik der Universität Ulm, eine derartige duale Struktur auf einer Titanscheibe zu produzieren. Dazu haben sie einen Tropfen einer wäßrigen Nanoteilchen-Suspension auf einer extrem glatten Titanscheibe langsam verdunsten lassen. Unter Suspension ist die Aufschwemmung feinster Teilchen in einer Flüssigkeit zu verstehen. Bei den verwendeten Nanoteilchen handelte es sich um Polystyrol-Kugeln mit einem Durchmesser von 60 Nanometern (Nanospheres). Beim Verdunsten des Tropfens entsteht ein der ursprünglichen Tropfengröße entsprechender Ring. Im Inneren des Ringes befindet sich ein dünner Film mit einer Nanostruktur, die von den Nanokugeln bestimmt wird. Damit war ein Ansatz für eine flächendeckende Bemusterung von Biomaterial-Oberflächen gefunden, der allerdings noch der Optimierung bedarf, zum Beispiel in Hinsicht auf Wirkung und Zusammenspiel der chemischen Zusammensetzung und Rauhigkeit des Substratmaterials und der Verdunstungszeit.

Die Wissenschaftler testeten nun weitere Trägerflüssigkeiten zur Herstellung von Suspensionen. Darunter Perfluordekalin (PFD), eine klare, hochgradig inerte, biokompatible Flüssigkeit mit einer Dichte, die fast doppelt so hoch ist wie die des Wassers. Perfluordekalin, eine zentrale Komponente bei der Herstellung von künstlichem Blut, hat eine interessante Eigenschaft: es verdunstet sehr schnell von festen Oberflächen, ohne irgendeine Spur zu hinterlassen. Die Inertheit von PFD bewirkt, daß es zu keinerlei Mischung mit Wasser kommt. Die Möglichkeit, Nanoteilchen aus der wäßrigen Suspension in das PFD zu überführen, schien unwahrscheinlich. Bei dem Versuch, eine auf PFD-Basis bestehende Nanosuspension zu gewinnen, stellten Sommer und Franke nun aber fest, daß das PFD trotz Inertheit mikroskopische Anteile der wäßrigen Suspension aufgenommen hatte: PFD-Tropfen aus einer Injektionsspritze, worin identische Volumina PFD und Wasser einige Minuten manuell geschüttelt worden waren, hinterließen beim Verdunsten auf spiegelglatten Titanscheiben plötzlich deutlich sichtbare Spuren. Damit war die prinzipielle Möglichkeit zur Herstellung von Nanosuspensionen auf PFD-Basis nachgewiesen.

Umgekehrt stellte sich die Frage, ob es beim Schütteln der beiden Flüssigkeiten auch zu einer Anreicherung von PFD in der wäßrigen Suspension kommen könnte. Um diese Frage zu klären, wurden Tropfen der wäßrigen Nanosuspension, die zusammen mit dem PFD geschüttelt wurde, zum Verdunsten auf eine spiegelglatte Titanscheibe aufgebracht. Das Ergebnis war eindeutig: die Mikrostruktur des Films im Inneren der hier gebildeten Ringe unterschied sich klar von den charakteristischen Nanostrukturen, die von einer wäßrigen Nanosuspension ohne PFD-Kontakt stammten. Mit diesen Ergebnissen deuten sich zugleich Konsequenzen für bestimmte Aspekte der Aerosol- und Atmosphärenphysik an, wenn man bedenkt, daß Nanoteilchen etwas mit Aerosolen und Nanosuspensionen mit Wolkentröpfchen in der Erdatmosphäre zu tun haben und PFDs in vielen ihrer physikalischen und chemischen Eigenschaften den ozonschädlichen FCKWs ähnlich sind.

Aerosole haben zwei bekannte klimatologische Effekte: zum einen können aus kleineren, als Nukleationskeime wirkenden Aerosolen kleine Wolkentröpfchen entstehen, die, noch bevor sie als Regen zu Boden fallen können, verdunsten, ein Mechanismus, der gegebenenfalls zu meteorologischen Dürreperioden beiträgt. Zum anderen blockieren atmosphärische Aerosole die Sonneneinstrahlung, wodurch es dann zu einer der globalen Erwärmung entgegenwirkenden Abkühlung der Atmosphäre kommt. Das Neue an der - in der renommierten Zeitschrift NanoLetters im Januar 2003 publizierten und im New Scientist kommentierten - experimentellen Ulmer Studie ist die Erkenntnis der dritten Atmosphären-relevanten Eigenschaft der Aerosole neben den bekannten klimatologischen Effekten, der Fähigkeit, Drittsubstanzen in Wolkentröpfchen einzubetten. Demgemäß leiten die beiden Forscher ein hypothetisches Szenarium der Klimastabilisierung ab: Geeignete nichttoxische Nanoteilchen werden mit Hilfe moderner Raumfahrttechnologie bis in die Stratosphäre befördert, wo sie, inkorporiert in Wolkentröpfchen, die in der Atmosphäre verteilten FCKWs einfangen und unschädlich mit Regen oder Schnee auf die Erde zurückbefördern.

Peter Pietschmann | idw

Weitere Berichte zu: Aerosol Atmosphärenphysik Biomaterial Nanosuspension Nanoteilchen PFD

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Unser Gehirn behält das Unerwartete im Blick
17.08.2018 | Philipps-Universität Marburg

nachricht Eisen und Titan in der Atmosphäre eines Exoplaneten entdeckt
16.08.2018 | Universität Bern

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Farbeffekte durch transparente Nanostrukturen aus dem 3D-Drucker

Neues Design-Tool erstellt automatisch 3D-Druckvorlagen für Nanostrukturen zur Erzeugung benutzerdefinierter Farben | Wissenschaftler präsentieren ihre Ergebnisse diese Woche auf der angesehenen SIGGRAPH-Konferenz

Die meisten Objekte im Alltag sind mit Hilfe von Pigmenten gefärbt, doch dies hat einige Nachteile: Die Farben können verblassen, künstliche Pigmente sind oft...

Im Focus: Color effects from transparent 3D-printed nanostructures

New design tool automatically creates nanostructure 3D-print templates for user-given colors
Scientists present work at prestigious SIGGRAPH conference

Most of the objects we see are colored by pigments, but using pigments has disadvantages: such colors can fade, industrial pigments are often toxic, and...

Im Focus: Eisen und Titan in der Atmosphäre eines Exoplaneten entdeckt

Forschende der Universitäten Bern und Genf haben erstmals in der Atmosphäre eines Exoplaneten Eisen und Titan nachgewiesen. Die Existenz dieser Elemente in Gasform wurde von einem Team um den Berner Astronomen Kevin Heng theoretisch vorausgesagt und konnte nun von Genfern Astronominnen und Astronomen bestätigt werden.

Planeten in anderen Sonnensystemen, sogenannte Exoplaneten, können sehr nah um ihren Stern kreisen. Wenn dieser Stern viel heisser ist als unsere Sonne, dann...

Im Focus: Magnetische Antiteilchen eröffnen neue Horizonte für die Informationstechnologie

Computersimulationen zeigen neues Verhalten von Antiskyrmionen bei zunehmenden elektrischen Strömen

Skyrmionen sind magnetische Nanopartikel, die als vielversprechende Kandidaten für neue Technologien zur Datenspeicherung und Informationsverarbeitung gelten....

Im Focus: Unraveling the nature of 'whistlers' from space in the lab

A new study sheds light on how ultralow frequency radio waves and plasmas interact

Scientists at the University of California, Los Angeles present new research on a curious cosmic phenomenon known as "whistlers" -- very low frequency packets...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

LaserForum 2018 thematisiert die 3D-Fertigung von Komponenten

17.08.2018 | Veranstaltungen

Aktuelles aus der Magnetischen Resonanzspektroskopie

16.08.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Oktober 2018

16.08.2018 | Veranstaltungen

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

Bionik im Leichtbau

17.08.2018 | Verfahrenstechnologie

Klimafolgenforschung in Hannover: Kleine Pflanzen gegen große Wellen

17.08.2018 | Biowissenschaften Chemie

HAWK-Ingenieurinnen und -Ingenieure entwickeln die leichteste 9to-LKW-Achse ihrer Art

17.08.2018 | Messenachrichten

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