Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Trennung chiraler Moleküle in Mikrofluiden

03.02.2006


Die Dichte (grün) der rechtshändigen Partner ist in rechtshändigen Wirbeln (rote Pfeile) höher als in linkshändigen Wirbeln (blaue Pfeile).


Augsburger Physiker entwickeln ein neuartiges "Sortier-Szenario": An den gesteuerten Verwirbelungen kleinster Flüssigkeitsmengen scheiden sich "Links- und Rechtshänder".


Die Trennung bzw. Sortierung so genannter chiraler Moleküle gilt als eine herausragende Herausforderung in der Molkularbiologie. Wissenschaftler am Augsburger Lehrstuhl für Theoretische Physik I haben eine völlig neue Idee entwickelt, wie man dieses altbekannte und zentrale Problem der organischen Chemie mit einem neuartigen Szenario effizient lösen kann (M. Kostur et al., Physical Review Letters 96: Art. No. 0145502, 2006). Ihre Kollegen am Lehrstuhl für Experimentalphysik I (AG Wixforth) versuchen nun, diese Idee mit Hilfe von Mikrofluidik im "Lab-on-a-Chip" umzusetzen.

Chiral nennt man Moleküle, die - wie die linke und die rechte Hand - genau spiegelverkehrt zueinander sind, deren Spiegelbilder sich also nicht durch Drehen mit dem jeweiligen Original zur Deckung bringen lassen. Nahezu alle Moleküle mit biologischer Relevanz - z. B. die DNA - weisen diese "Händigkeit" oder Chiralität auf. Diese konstitutive Asymmetrie zwischen zwei - Enantinomere genannten - chiralen Partnern verursacht enorme Unterschiede bezüglich ihrer jeweiligen biologischen Eigenschaften und ihrer jeweiligen Funktionalität. So kann der Mensch zum Beispiel nur eine chirale Form von Zuckern oder Aminosäuren verdauen; der Geschmack und Geruch anderer chiraler Formen kann völlig unterschiedlich sein, oder der eine chirale Partner kann förderlich sein, der andere hingegen giftig.


Die Natur ist in der Lage, mit Enzymreaktionen eine ganz bestimmte chirale Substanz in Reinform zu synthetisieren. Mit chemischen in vitro-Reaktionen hingegen gelingt dies nicht: Hier ergeben sich Mischungen, die oft hälftig aus "linkshändigen" und "rechtshändigen" Molekülen bestehen. Die Trennung der links- von den rechtshändigen Enantinomeren erfordert dann einen komplizierten zweiten chemischen Schritt. "Diese Trennung chiraler Moleküle zählt zu den großen Herausforderungen in der Molekularbiologie, sie gehört gewissermaßen zum ’heiligen Gral’ der organischen Chemie", erläutert Professor Hänggi.

Am Lehrstuhl für Theoretische Physik I haben nun Marcin Kostur, Michael Schindler, Peter Talkner und Peter Hänggi die Idee für ein völlig neuartiges "Sortier-Szenario" entwickelt. Es basiert auf winzigen Unterschieden zwischen den Kräften, die chirale Partner in einem mikrofluiden Flussmuster erfahren. Die Schlüsselidee ist, dass bei einem entsprechend vorbereiteten mikrofluiden Fluss ein linkshändiger Partner sich in einem rechtshändigen Wirbel anders bewegt als in einem linkshändigen Wirbel. Die Effizienz der so bewirkten Trennung und damit der gewünschte Sortiereffekt lassen sich unter der Bedingung einer flächendeckenden und unregelmäßigen thermischen Zitterbewegung weiter erhöhen. Denn diese Zitterbewegung führt dazu, dass sich jede chirale Spezies vorzugsweise in ihrer eigenen stabilsten Zone anhäuft. Bei geeigneten Flussmustern sind diese speziellen Zonen örtlich sauber getrennt, so dass die verschiedenen chiralen Objekte, die sich dort aufhalten, leicht separiert und herausgefiltert werden können (siehe Abbildung).

Mikrofluide, in denen "Wirbel" auf einem Chip mittels eines akustischen Windes angetrieben werden, sind Forschungsgegenstand am Augsburger Lehrstuhl für Experimentalphysik I (Prof. Dr. Achim Wixforth) und werden dort in Anwendungen überführt.

AUSFÜHRLICH:
M. Kostur et al., Chiral Separation in Microflows, Phys. Rev. Lett. 96: 014502 (1996) (http://link.aps.org/abstract/PRL/v96/e014502)

ANSPRECHPARTNER:
Prof. Dr. Peter Talkner
Lehrstuhl für Theoretische Physik I
86135 Augsburg
Telefon 0821/598-3233
Peter.Talkner@physik.uni-augsburg.de

Klaus P. Prem | idw
Weitere Informationen:
http://link.aps.org/abstract/PRL/v96/e014502
http://www.uni-augsburg.de/

Weitere Berichte zu: Experimentalphysik Molekül Physik

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Ultraschneller Blick in die Photochemie der Atmosphäre
11.10.2019 | Max-Planck-Institut für Quantenoptik

nachricht Wie entstehen die stärksten Magnete des Universums?
10.10.2019 | Universität Heidelberg

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: Neuer Werkstoff für den Bootsbau

Um die Entwicklung eines Leichtbaukonzepts für Sportboote und Yachten geht es in einem Forschungsprojekt der Technischen Hochschule Mittelhessen. Prof. Dr. Stephan Marzi vom Gießener Institut für Mechanik und Materialforschung arbeitet dabei mit dem Bootsbauer Krake Catamarane aus dem thüringischen Apolda zusammen. Internationale Kooperationspartner sind Prof. Anders Biel von der schwedischen Universität Karlstad und die Firma Lamera aus Göteborg. Den Projektbeitrag der THM fördert das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie im Rahmen des Zentralen Innovationsprogramms Mittelstand mit 190.000 Euro.

Im modernen Bootsbau verwenden die Hersteller als Grundmaterial vorwiegend Duroplasten wie zum Beispiel glasfaserverstärkten Kunststoff. Das Material ist...

Im Focus: Novel Material for Shipbuilding

A new research project at the TH Mittelhessen focusses on the development of a novel light weight design concept for leisure boats and yachts. Professor Stephan Marzi from the THM Institute of Mechanics and Materials collaborates with Krake Catamarane, which is a shipyard located in Apolda, Thuringia.

The project is set up in an international cooperation with Professor Anders Biel from Karlstad University in Sweden and the Swedish company Lamera from...

Im Focus: Controlling superconducting regions within an exotic metal

Superconductivity has fascinated scientists for many years since it offers the potential to revolutionize current technologies. Materials only become superconductors - meaning that electrons can travel in them with no resistance - at very low temperatures. These days, this unique zero resistance superconductivity is commonly found in a number of technologies, such as magnetic resonance imaging (MRI).

Future technologies, however, will harness the total synchrony of electronic behavior in superconductors - a property called the phase. There is currently a...

Im Focus: Ultraschneller Blick in die Photochemie der Atmosphäre

Physiker des Labors für Attosekundenphysik haben erkundet, was mit Molekülen an den Oberflächen von nanoskopischen Aerosolen passiert, wenn sie unter Lichteinfluss geraten.

Kleinste Phänomene im Nanokosmos bestimmen unser Leben. Vieles, was wir in der Natur beobachten, beginnt als elementare Reaktion von Atomen oder Molekülen auf...

Im Focus: Wie entstehen die stärksten Magnete des Universums?

Wie kommt es, dass manche Neutronensterne zu den stärksten Magneten im Universum werden? Eine mögliche Antwort auf die Frage nach der Entstehung dieser sogenannten Magnetare hat ein deutsch-britisches Team von Astrophysikern gefunden. Die Forscher aus Heidelberg, Garching und Oxford konnten mit umfangreichen Computersimulationen nachvollziehen, wie sich bei der Verschmelzung von zwei Sternen starke Magnetfelder bilden. Explodieren solche Sterne in einer Supernova, könnten daraus Magnetare entstehen.

Wie entstehen die stärksten Magnete des Universums?

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Dezember 2019

14.10.2019 | Veranstaltungen

10. Weltkonferenz der Ecosystem Services Partnership an der Leibniz Universität Hannover

14.10.2019 | Veranstaltungen

Bildung.Regional.Digital: Tagung bietet Rüstzeug für den digitalen Unterricht von heute und morgen

10.10.2019 | Veranstaltungen

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

Technologiemodul senkt Ausschussrate von Mikrolinsen auf ein Minimum

14.10.2019 | Informationstechnologie

Diagnostik für alle

14.10.2019 | Biowissenschaften Chemie

Bayreuther Forscher entdecken stabiles hochenergetisches Material

14.10.2019 | Materialwissenschaften

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