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Anpassung an eine wechselnde Umwelt

Schaltbare Polymere reagieren auf Veränderungen ihrer Umgebung

Jedes Mal, wenn Hans Fieber hat, beginnt das Spiel von Neuem: Winzig kleine Kügelchen in seinem Körper brechen auf. Sie setzen ein fiebersenkendes Mittel frei, die Körpertemperatur sinkt. Hat sie die 37 Grad-Marke erreicht, schließen sich die Kügelchen wieder und die Freigabe des Medikaments wird bis zum nächsten Fieberschub gestoppt. Ein Gedankenspiel. Aber es zeigt, in welche Richtung die Erforschung von Materialien, die auf Veränderungen in ihrer

Umgebung aktiv reagieren, gehen könnte.

n der Natur sind solche intelligenten Materi­IE weit verbreitet.„Nehmen sie zum Bei­

spiel die Enzyme, die sämtliche Stoffwech­selvorgänge in Lebewesen regeln“, erklärt Che­mieprofessor Andre Laschewsky, der gemeinsam von der Uni Potsdam und dem Fraunhofer Insti­tut für Angewandte Polymerforschung berufen wurde. Viele Enzyme ändern ihre Form, wenn sie an einen Rezeptor anbinden und können erst

dadurch aktiv werden.

Riesenmoleküle verändern durch Reize Struktur und Eigenschaften

Die Entwicklung synthetischer Materialien, die in ähnlicher Weise auf Umweltreize reagieren, steckt noch in den Kinderschuhen. Laschewsky und sein Team erforschen schaltbare Polymere. Dies sind Riesenmoleküle, deren Funktion— wie die der Enzyme— darauf beruht, dass sich durch eine geringfügige Veränderung der Umgebung ihre Struktur und damit auch ihre Eigenschaf­ten maßgeblich ändern.

So können die Wissenschaftler beispielsweise Oberflächen präparieren, die durch Verändern der Temperatur zwischen mit Wasser benetzbar und wasserabweisend schalten. Dazu versehen sie die Enden bestimmter Polymere mit chemi­schen Ankergruppen und fixieren das Ganze auf‘ der Oberfläche. Liegt die Temperatur über einem bestimmten Wert, sind die Polymere langge­streckt. Sie hängen wie Fäden an der Oberfläche, die in diesem Zustand benetzbar ist. Sinkt die Temperatur jedoch, rollen sich die Polymere zusammen, die Oberfläche wird wasserabwei­send.

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Schon heute wird dieses Prinzip beim Züch­ten von Zellkulturen genutzt, um diese scho­nend vom Nährboden zu entfernen.„Langfristig lassen sich solche schaltbaren Polymere aber nahezu überall einsetzen, vor allem, wenn man sie mit Molekülen kombiniert, die andere Funk­tionen haben“, sagt Laschewsky. Vorstellbar sind molekulare Kleber, Oberflächen, die temperatur­abhängig Zellen erkennen oder zurückweisen, oder auch Materialien, die je nach Umgebung ihre Durchsichtigkeit oder ihre mechanischen Figenschaften ändern.

Der Trick mit den Kügelchen

Durch einen besonderen Trick konnten die Wis­senschaftler„schaltende“ Kügelchen, ähnlich den eingangs erwähnten, realisieren. Es gelang ihnen, zwei Polymere miteinander zu verbinden, von denen eines nur bei hohen das andere nur bei niedrigen Temperaturen wasserlöslich ist. „Die Herstellung derartiger Moleküle ist sehr kompliziert und erst seit kurzem möglich“, erklärt Laschewsky. Das entstandene Konstrukt ist bei Raumtemperatur im Wasser gelöst. Steigt aber die Wassertemperatur an, wird eines der beiden Molekülbestandteile wasserabweisend. Um seinen Kontakt mit Wasser zu verhindern, schirmen die(immer noch) wasserliebenden Bestandteile die anderen Teile gegen das Wasser ab. So bildet sich aus den wasserabstoßenden Bestandteilen ein Tröpfchen mit Schutzhülle, das dann zum Beispiel wie eine Seife Fett oder Öl aufnehmen kann. Ganz Ähnliches geschieht auch, wenn man die Temperatur senkt. Dann allerdings zeigen die vorher innen liegenden Molekülbestandteile nach außen, das Tröpfchen wird sozusagen umgestülpt.

Den Wissenschaftler geht es bei diesen Arbei­ten(noch) nicht um konkrete Anwendungen. Sie möchten zunächst erforschen, was in solchen Systemen geschieht und warum das so ist. „Betrachten Sie es bis jetzt als molekulares Spiel­zeug,“ sagt Laschewsky. Aber:„Spielen bildet ja.“

urs

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