16.09.2022 - POSTECH - Pohang University of Science and Technology

Präzise Steuerung katalytischer Reaktionen

"Mit Hilfe dieses Nanoreaktors ist es möglich, komplexe Substanzen zu synthetisieren, die bisher nicht im Körper hergestellt werden konnten"

In Zellen laufen verschiedene chemische Reaktionen nacheinander ab, und das Leben wird aufrechterhalten, da jeder Schritt der Reaktion fehlerfrei gesteuert wird. Kürzlich hat ein koreanisches Forscherteam ein Doppelkatalysatorsystem entwickelt, das katalytische Reaktionen wie Zellen präzise steuern kann.

Ein POSTECH-Forscherteam unter der Leitung von Professor In Su Lee, den Forschungsassistenten Amit Kumar und Nitee Kumari sowie dem Masterstudenten Jongwon Lim (Fachbereich Chemie) entwickelte einen Nanoreaktor, der magnetische Materialien und Metallkatalysatoren kombiniert.

Ein Nanoreaktor, der zwei oder mehr Katalysatoren kombiniert, führt zu einer kontinuierlichen katalytischen Reaktion, um die Synthese von präzisen Chemikalien zu unterstützen. Allerdings beeinflussen sich die einzelnen Syntheseschritte aufgrund der großen Temperatur- und Druckspanne gegenseitig, was die Kontrolle der Reaktionsschritte oder die Unterdrückung von Nebenreaktionen äußerst schwierig macht.

Um dies zu überwinden, entwickelte das Forscherteam einen magnetisch-plasmonischen multimodularen Nanoreaktor, der aus einer magnetischen Kern-Schale und einer plasmonischen Dotter-Schale besteht. Ein magnetisches Material in der Mitte des Nanoreaktors und eine Plasmonenschale am Rand aktivieren den Katalysator selektiv unter dem Einfluss von Magnetfeldern bzw. Nahinfrarotstrahlen. Dadurch kann die Plattform selektiv thermische Energie erzeugen, ohne dass Wärme von außen zugeführt wird. Darüber hinaus schadet der Nanoreaktor weder Lebewesen noch verursacht er Nebenreaktionen, da die Störung durch verschiedene Katalysatoren minimiert wird.

Durch die Fernsteuerung des Nanoreaktors mit Hilfe von Magnetfeldern und Nahinfrarotstrahlen konnte die Plattform in einer kontinuierlichen Eintopfreaktion aus einfachen Ausgangsstoffen hochwertiges Zimtaldehyd (ca. 95 %) herstellen.

"Mit Hilfe dieses Nanoreaktors ist es möglich, komplexe Substanzen zu synthetisieren, die bisher nicht im Körper hergestellt werden konnten", erklärte Professor In Su Lee. "Darüber hinaus ist zu erwarten, dass die Technologie auf dem Gebiet der Theranostik anwendbar sein wird, bei der Krankheiten gleichzeitig diagnostiziert und behandelt werden."

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