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Selbstorganisierende Moleküle: Becher mit Attoliter-Volumen

22.05.2019

(c) UDE, AG Gröschel

Noch ineinander gestapelte Janus-Nanocups, die in den kommenden Schritten vereinzelt werden.

Sie sehen aus wie ineinandergesteckte Eierbecher, doch ein Hühnerei ist 100.000-mal so dick wie eines der Miniaturgefäße: Wissenschaftler des Center for Nanointegration (CENIDE) der Universität Duisburg-Essen (UDE) haben Polymere dazu gebracht, sich eigenständig zu winzigen Bechern zu formen. Sie könnten zum Beispiel einmal dazu dienen, Ölrückstände aus Wasser zu entfernen.

Den Anfang macht eine sehr dünne lange Kette sogenannter Triblock-Terpolymere – ein Kunststoff. Werden viele hiervon in einen Tropfen eines Lösungsmittels gegeben, passen sie ihre Form automatisch der runden Begrenzung an. Anschließend lässt Xiaolian Qiang, Doktorandin in der Arbeitsgruppe von Junior-Professor André Gröschel, das Lösungsmittel verdampfen: Der Tropfen wird kleiner, mit ihm schrumpft die Becherstruktur aus Polymer. Übrig bleiben die wie russische Matrjoschka-Puppen ineinanderliegenden Becher, die Qiang anschließend in mehreren Schritten voneinander trennt.

„Solche Partikel nennt man in der Chemie „Janus-Partikel“, weil sie zwei Seiten mit unterschiedlichen Eigenschaften haben“, erklärt die 29-Jährige. „Der Begriff stammt vom römischen Gott Janus, der zwei Gesichter hatte.“ Die entgegengesetzten chemischen Eigenschaften der Partikel kennt jeder von Seife: Eine Hälfte ist hydrophil, das heißt, sie löst sich gut in Wasser. Die andere Hälfte ist hydrophob wie ein Fetttropfen und damit wasserunlöslich. In Qiangs Experimenten entstehen zu 50 Prozent Becher mit hydrophiler Innen- und hydrophober Außenseite. Bei der anderen Hälfte verhält es sich umgekehrt.

Das Prinzip macht sich Qiang für die Füllung der kleinen Gefäße zum Beispiel mit Nanopartikeln zunutze: Umgibt sie die Partikel mit einem Lösungsmittel, das diese nicht mögen, fliehen sie ins Innere des Bechers mit der entsprechend entgegengesetzten Eigenschaft. Auf diese Art ist es denkbar, Ölreste aus Wasser aufzunehmen oder aber Substanzen durch eine wässrige Umgebung – zum Beispiel Blut – zu transportieren.

Im nächsten Schritt arbeitet das Team um Qiang daran, je nach Wunsch nur eine der beiden Varianten entstehen zu lassen.

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