Knochenersatz und nanostrukturierte Halbleiter

Chemiker untersuchen den Einsatz von Nanoreaktoren

Kolloide sind winzig kleine Partikel oder Tröpfchen einer Substanz, die in einer anderen Substanz, dem Dispersionsmittel, gleichmäßig verteilt sind. Auf Grund der extrem kleinen Partikel, mit Durchmes­sern kleiner als 500 Nanometer, haben diese nanostrukturierten Systeme extrem große Oberflächen. In einem Volumen von nur einem Liter kann die Partikeloberfläche die Größe mehrerer Fuß­ballstadien überschreiten. Ziel der Forschung ist es, solche Systeme mit definierter Partikeldimension gezielt herzustellen und anzuwen­den. Im Institut für Chemie, Professur für Kolloidchemie, wird untersucht, wie geladene Polymere die Eigenschaften solcher Kolloide beeinflussen. Mögliche Anwendungen sind dabei nanostrukturierte

Halbleitermaterialien oder aber Knochenersatz.

ie ersten„Forscher“, die Nanopartikel DES waren die Alchemisten.

Ohne den Mechanismus der Herstel­lungsmethode zu begreifen, stellten sie farbige Golddispersionen(Goldtinkturen) her, welche als„Lebenselexier“ eingesetzt wurden. Ohne durchschlagenden Erfolg, wie wir heute wissen! Ziel der aktuellen Forschung ist es, nanostruktu­rierte Systeme mit bestimmten Eigenschaften gezielt herzustellen und anzuwenden.

Vorbilder dafür liefert die Natur. Mit Hilfe von Selbstorganisationsphänomenen erzeugt sie „Prägeformen“(Schablonen) aus organischen Verbindungen, zum Beispiel Kohlenhydraten und Proteinen, welche zur Erzeugung von hoch­geordneten, nanostrukturierten Systemen aus anorganischer Materie genutzt werden. Beispie­le für diesen als Biomineralisierung bezeichne­ten Prozess sind die Bildung von Kieselalgen oder Perlmutt, aber auch von Knochen und Zäh­nen. Will man diese„Synthesestrategien“ der Natur übernehmen, so benötigt man zunächst ein Templat, das heißt eine Prägematrix auf der Nanometerskala, welche sich nach Möglichkeit von selbst, ohne menschliches Zutun bildet. Der­artige„Selbstorganisationsprozesse“ sind immer dann zu erwarten, wenn die chemischen Verbin­dungen, aus der die Prägeform entstehen soll, „amphiphile“ Eigenschaften aufweisen, das heißt sowohl abstoßend als auch anziehend auf das umgebende Medium reagieren. Ein derarti­ges Eigenschaftsprofil weisen insbesondere Ten­side auf.

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Joachim Kötz bekleidet im Institut für Chemie der Universität Potsdam die Professur für Kolloidchemie.

Foto: Fritze

Titel

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Die Forschungsaktivitäten an der Professur konzentrieren sich darauf, welche Rolle Poly­elektrolyte— geladene Polymere—- in selbstorga­nisierten Tensidsystemen spielen. Dabei interes­siert unter anderem, wie sich die Eigenschaften tensidstrukturierter Nanotröpfchen durch Ein­bringen der Polyelektrolyte ändern. Ähnlich wie bei der Bildung von Kieselalgen oder Zähnen, können diese„strukturbildend“ in den Partikel­bildungsprozess eingreifen, so dass Nanoparti­kel definierter Dimen­sion entstehen.

Den Ausgangspunkt hierfür bildet eine Mi-| kroemulsion, das heißt ein thermodynamisch stabiles Öl/Wasser/Ten­sid Gemisch, in dem die Tröpfchendurchmesser kleiner als 200 Nano­meter sind.

Es wurde nun ver­sucht, Polyelektrolyte in die Mikroemulsion ein­zubringen, um einerseits die Stabilität der Ten­sidhaut zu erhöhen und andererseits auf den Partikelwachstumsprozess regulierend einzuwir­ken. Erste Untersuchungen bestätigen, dass das Konzept funktioniert. Durch Zugabe des Poly­mers bilden sich zunächst Tröpfchen-Cluster, in denen dann monodisperse Teilchen mit einem Partikeldurchmesser von zwei Nanometern ent­stehen! Dieses Prinzip mM kann nun für die Her­stellung beliebig ande- E rer Nanopartikel ge­nutzt werden. Beson­ders interessant er­scheint dabei die Her­stellung von nanostruk­turierten Halbleiterma­terialien oder aber Kno­chenersatz.

Joachim Kötz

SCH

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hergestellt.

Nanostrukturierte BaSO4-Partikel, in einer polymermodifizier­ten Mikroemulsion

Biomineralisierte SiO2­Partikel, von Kieselalgen „hergestellt“.

Abb.: zg.

; Abb.: zg.