News: Künstliche Mini-Igel
"Kunstformen der Natur" nannte Ernst Haeckel die bizarren Gehäuse der Radiolarien. Jetzt gelang es Chemikern, diese Kunstwerke nachzubauen.
© (Ausschnitt)
Ein bizarrer Mikrokosmos eröffnet sich dem Auge des Betrachters, der Plankton unter dem Mikroskop untersucht. Eine bestimmte Klasse dieser vielfältigen einzelligen Spezies hat es einer Gruppe Bielefelder Wissenschaftler um Dirk Volkmer besonders angetan: Radiolarien, auch Strahlentierchen genannt.
Diese Kleinstlebewesen haben kunstvolle glasartige Gehäuse aus Siliciumdioxid ("Kieselsäure"), die mit feinen strahlenförmigen "Stacheln" besetzt sind. Wie, so fragt sich die Wissenschaft, gelingt es diesen "Mini-Igeln" und ihren Verwandten, aus an sich unstrukturierten anorganischen Materialien derart komplexe Strukturen aufzubauen? Von der Aufklärung der als Biomineralisation bezeichneten Prozesse erhofft man sich neue Anstöße für die Materialwissenschaften.
Volkmer und seine Mitstreiter haben ein einfaches Modellsystem entwickelt, mit dem sie die Bildung der stacheligen Schalen nachahmen können. Ausgangspunkt waren winzige Öltröpfchen, welche die Wissenschaftler in eine wässrige Lösung einbrachten, die zur Stabilisierung Tenside enthielten.
Bei der richtigen Wahl der Tensidsorten konnten die Forscher nach einigen Minuten wellenförmige Erhebungen an der Oberfläche der Öltröpfchen beobachten, die nach und nach zu kleinen "Stacheln" anwuchsen. Ab einer bestimmten Größe schnürten sich die Stacheln ab, und es bildeten sich submikroskopische Öltröpfchen um den ursprünglichen Tropfen, bis dieser nach und nach völlig zerfiel und sich in der Lösung verteilte.
Gaben die Wissenschaftler dem Öl Vorstufen der beiden Mineralien Siliciumdioxid und Titandioxid hinzu, so kamen diese an der Oberfläche der Öltröpfchen mit dem Wasser in Berührung. Dabei wurden sie zersetzt, die Oxide wurden frei und lagerten sich an der Grenzfläche zwischen Öltröpfchen und Wasser zu einer mineralischen Schicht zusammen. Eine hauchdünne Hohlschale entstand.
Entscheidend für die Entstehung eines solchen künstlichen "Mini-Igels" ist, dass die Mineralisation exakt dann stattfindet, wenn sich die stachelförmigen Ausstülpungen des Öltröpfchens gebildet haben, betont Volkmer. Nur wenn die Konzentration der eingesetzten Vorstufen ganz genau eingestellt ist, kann der sternförmige Zustand "eingefroren" werden. "So konnten wir sehr robuste mineralische Hohlschalen erzeugen, die eine frappierende Ähnlichkeit zu den Kieselsäure-Skeletten der Radiolarien aufweisen."
Diese Kleinstlebewesen haben kunstvolle glasartige Gehäuse aus Siliciumdioxid ("Kieselsäure"), die mit feinen strahlenförmigen "Stacheln" besetzt sind. Wie, so fragt sich die Wissenschaft, gelingt es diesen "Mini-Igeln" und ihren Verwandten, aus an sich unstrukturierten anorganischen Materialien derart komplexe Strukturen aufzubauen? Von der Aufklärung der als Biomineralisation bezeichneten Prozesse erhofft man sich neue Anstöße für die Materialwissenschaften.
Volkmer und seine Mitstreiter haben ein einfaches Modellsystem entwickelt, mit dem sie die Bildung der stacheligen Schalen nachahmen können. Ausgangspunkt waren winzige Öltröpfchen, welche die Wissenschaftler in eine wässrige Lösung einbrachten, die zur Stabilisierung Tenside enthielten.
Bei der richtigen Wahl der Tensidsorten konnten die Forscher nach einigen Minuten wellenförmige Erhebungen an der Oberfläche der Öltröpfchen beobachten, die nach und nach zu kleinen "Stacheln" anwuchsen. Ab einer bestimmten Größe schnürten sich die Stacheln ab, und es bildeten sich submikroskopische Öltröpfchen um den ursprünglichen Tropfen, bis dieser nach und nach völlig zerfiel und sich in der Lösung verteilte.
Gaben die Wissenschaftler dem Öl Vorstufen der beiden Mineralien Siliciumdioxid und Titandioxid hinzu, so kamen diese an der Oberfläche der Öltröpfchen mit dem Wasser in Berührung. Dabei wurden sie zersetzt, die Oxide wurden frei und lagerten sich an der Grenzfläche zwischen Öltröpfchen und Wasser zu einer mineralischen Schicht zusammen. Eine hauchdünne Hohlschale entstand.
Entscheidend für die Entstehung eines solchen künstlichen "Mini-Igels" ist, dass die Mineralisation exakt dann stattfindet, wenn sich die stachelförmigen Ausstülpungen des Öltröpfchens gebildet haben, betont Volkmer. Nur wenn die Konzentration der eingesetzten Vorstufen ganz genau eingestellt ist, kann der sternförmige Zustand "eingefroren" werden. "So konnten wir sehr robuste mineralische Hohlschalen erzeugen, die eine frappierende Ähnlichkeit zu den Kieselsäure-Skeletten der Radiolarien aufweisen."
© Angewandte Chemie
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