Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Unnahbares Wasser

07.12.2006
Max-Planck-Forscher aus Stuttgart vermessen den Abstand zwischen Wassermolekülen und wasserabweisenden Oberflächen

Ob Wachstuch, Regenjacke oder einfach unsere Haut - Wasser abweisende Oberflächen sind schon lange in unserem Alltag vertreten. Ein internationales Forscherteam unter Federführung des Stuttgarter Max-Planck-Instituts für Metallforschung hat nun auf molekularer Ebene untersucht, was an der Grenze zwischen Wasser und einem wasserabweisenden Material passiert. Dabei gelang es den Wissenschaftlern erstmals, den Spalt zwischen den Wassermolekülen und der Oberfläche mit atomarer Präzission zu vermessen: Die Lücke klafft nur etwa einen halben Nanometer auseinander. Die Forscher entlockten dem schmalen Spalt dieses Geheimnis mit Hilfe sehr intensiver Synchrotron-Röntgenstrahlung. Die Messergebnisse sind unter anderem für das Verständnis biologischer Vorgänge in Zellen von Bedeutung (PNAS, online: 20. November 2006).


Nanospalt zwischen den regelmäßig angeordneten Molekülen der wasserabweisenden Schicht (rechts) und Wasser (blau hinterlegt). Die Lücke ist etwa so breit wie ein Wassermolekül. Bild: Max-Planck-Institut für Metallforschung

Wasser perlt von wasserabstoßenden (hydrophoben) Oberflächen einfach ab. Diese hydrophoben Effekte und ihre molekularen Ursachen sind lange bekannt. Aber wie nahe die Wassermoleküle dabei der wasserabweisenden Schicht kommen, hat ein internationales Forscherteam um Harald Reichert vom Max-Planck-Institut für Metallforschung in Stuttgart erst jetzt geklärt. Die Lücke ist etwa so breit wie ein Wassermolekül - also nur 0,2 bis 0,6 Nanometer. Vorhergehende Untersuchungen ergaben diesbezüglich zum Teil widersprüchliche Ergebnisse.

Die Stuttgarter Forscher untersuchten den extrem schmalen Nanospalt mit sehr intensiven Röntgenstrahlen. Denn die "sanftere" Methode mit Neutronenstrahlen löste in früheren Versuchen die Strukturen nicht fein genug auf.

Röntgenstrahlen dieser Art lassen sich jedoch nicht in jedem Labor erzeugen. Die Wissenschaftler brachten ihren Versuchsaufbau deshalb eigens nach Grenoble, Frankreich, zum Elektronenspeicherring der European Synchrotron Radiation Facility (ESRF).

Doch der Aufwand war nicht umsonst: Mit der Röntgenmethode lösten sie erstmals das Niemandsland zwischen Wasser und der wasserabweisenden Schicht auf Bruchteile von Nanometern genau auf. Die Forscher ermittelten den Abstand von 0,2 bis 0,6 Nanometer aus der Reflektion des Röntgenstrahls. Als hydrophobe Oberfläche diente ihnen eine Siliziumtafel, auf der sie eine Schicht der sehr wasserabweisenden Substanz Octadecyltrichlorsilan aufbrachten. Das Material hielt allerdings dem Röntgenstrahl nur 50 Sekunden stand - die Messungen mussten dementsprechend schnell ablaufen.

Außerdem erforschten die Wissenschaftler, ob im Wasser gelöste Gase die Breite des Spalts beeinflussen. Denn schon lange diskutiert die Fachwelt, ob unpolare Gase in der Lücke Mikrobläschen bilden und sie dadurch aufblähen. Im Gegensatz zu den Ergebnissen früherer Studien stellten die Forscher nun fest, dass gelöste Gase - unabhängig von ihrer Art - die Beschaffenheit des Zwischenraums nicht verändern.

"Hydrophobe Effekte sind insbesondere für biologische Prozesse sehr bedeutend, weil sie Proteinen ihre endgültige Form verleihen", sagt Harald Reichert. In wässriger Umgebung vergraben sich die wasserabweisenden Bestandteile eines Proteins in dessen Inneren, um nicht mit dem ungeliebten kalten Nass in Berührung zu kommen - so faltet sich das ganze Protein. In biologischen Systemen befindet sich Wasser allerdings oft in sehr kleinen Räumen, beispielsweise winzigen Poren oder Ionenkanälen, die in Zellmembranen vorkommen. "Ob die Ergebnisse der vorliegenden Studie auch für Wasser in so einem beengten Umfeld gelten, wollen wir in Zukunft untersuchen", sagt Harald Reichert.

Originalveröffentlichung:

M. Mezger, H. Reichert, S. Schöder, J. Okasinski, H. Schröder, H. Dosch, D. Palms, J. Ralston, V. Honkimäki
High-resolution in situ x-ray study of the hydrophobic gap at the water - octadecyl-trichlorosilane interface

Proceedings of the National Academy of Sciences, online edition: 20 November 2006

Dr. Andreas Trepte | Max-Planck-Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de

Weitere Berichte zu: Nanometer Röntgenstrahl Wassermolekül

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht VLT macht den präzisesten Test von Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie außerhalb der Milchstraße
22.06.2018 | ESO Science Outreach Network - Haus der Astronomie

nachricht Neue Phänomene im magnetischen Nanokosmos
22.06.2018 | Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme

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: Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund

Noch mehr Reichweite oder noch mehr Nutzlast - das wünschen sich Fluggesellschaften für ihre Flugzeuge. Wegen ihrer hohen spezifischen Steifigkeiten und Festigkeiten kommen daher zunehmend leichte Faser-Kunststoff-Verbunde zum Einsatz. Bei Rümpfen oder Tragflächen sind permanent Innovationen in diese Richtung zu beobachten. Um dieses Innovationsfeld auch für Flugzeugräder zu erschließen, hat das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF jetzt ein neues EU-Forschungsvorhaben gestartet. Ziel ist die Entwicklung eines ersten CFK-Bugrads für einen Airbus A320. Dabei wollen die Forscher ein Leichtbaupotential von bis zu 40 Prozent aufzeigen.

Faser-Kunststoff-Verbunde sind in der Luftfahrt bei zahlreichen Bauteilen bereits das Material der Wahl. So liegt beim Airbus A380 der Anteil an...

Im Focus: IT-Sicherheit beim autonomen Fahren

FH St. Pölten entwickelt neue Methode für sicheren Informationsaustausch zwischen Fahrzeugen mittels Funkdaten

Neue technische Errungenschaften wie das Internet der Dinge oder die direkte drahtlose Kommunikation zwischen Objekten erhöhen den Bedarf an effizienter...

Im Focus: Innovative Handprothesensteuerung besteht Alltagstest

Selbstlernende Steuerung für Handprothesen entwickelt. Neues Verfahren lässt Patienten natürlichere Bewegungen gleichzeitig in zwei Achsen durchführen. Forscher der Universitätsmedizin Göttingen (UMG) veröffentlichen Studie im Wissenschaftsmagazin „Science Robotics“ vom 20. Juni 2018.

Motorisierte Handprothesen sind mittlerweile Stand der Technik bei der Versorgung von Amputationen an der oberen Extremität. Bislang erlauben sie allerdings...

Im Focus: Temperaturgesteuerte Faser-Lichtquelle mit flüssigem Kern

Die moderne medizinische Bildgebung und neue spektroskopische Verfahren benötigen faserbasierte Lichtquellen, die breitbandiges Laserlicht im nahen und mittleren Infrarotbereich erzeugen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien Jena (Leibniz-IPHT) zeigen in einer aktuellen Veröffentlichung im renommierten Fachblatt Optica, dass sie die optischen Eigenschaften flüssigkeitsgefüllter Fasern und damit die Bandbreite des Laserlichts gezielt über die Umgebungstemperatur steuern können.

Das Besondere an den untersuchten Fasern ist ihr Kern. Er ist mit Kohlenstoffdisulfid gefüllt - einer flüssigen chemischen Verbindung mit hoher optischer...

Im Focus: Temperature-controlled fiber-optic light source with liquid core

In a recent publication in the renowned journal Optica, scientists of Leibniz-Institute of Photonic Technology (Leibniz IPHT) in Jena showed that they can accurately control the optical properties of liquid-core fiber lasers and therefore their spectral band width by temperature and pressure tuning.

Already last year, the researchers provided experimental proof of a new dynamic of hybrid solitons– temporally and spectrally stationary light waves resulting...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Leben im Plastikzeitalter: Wie ist ein nachhaltiger Umgang mit Plastik möglich?

21.06.2018 | Veranstaltungen

Kongress BIO-raffiniert X – Neue Wege in der Nutzung biogener Rohstoffe?

21.06.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen im August 2018

20.06.2018 | Veranstaltungen

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

Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund

22.06.2018 | Materialwissenschaften

Lernen und gleichzeitig Gutes tun? Baufritz macht‘s möglich!

22.06.2018 | Unternehmensmeldung

GFOS und skip Institut entwickeln gemeinsam Prototyp für Augmented Reality App für die Produktion

22.06.2018 | Unternehmensmeldung

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