Kunststoffkäfige für Nanoteilchen

News: Kunststoffkäfige für Nanoteilchen

Arbeiten mit Nanoteilchen kann manchmal schwieriger sein, als einen Sack Flöhe zu hüten. Denn oft kleben die Teilchen aneinander und bilden lieber größere Strukturen. Doch Hilfe naht, denn amerikanische Chemiker haben einen Kunststoffmantel für die winzigen Strukturen entwickelt, der die einzelnen Teilchen voneinander fern hält.

Von der Raumfahrt bis zur Medizin – in den verschiedensten Bereichen gibt es viel versprechende Möglichkeiten, Materialien im Nanoformat einzusetzen. Da deren Eigenschaften empfindlich von ihren Maßen abhängen, können Forscher aus ihnen die unterschiedlichsten Stoffe erzeugen, indem sie die Größe genau regulieren. Das klingt zwar einfach, doch in der Praxis sieht das anders aus: Nanoteilchen können so instabil sein, dass sie verschmelzen, sobald sich ihre Oberflächen berühren. Dann aber verlieren sie ihre Form und damit auch ihre besonderen Eigenschaften.

Während der vergangenen zehn Jahre haben Wissenschaftler versucht, Teilchen im Nanoformat herzustellen – oft vergeblich. Denn es blieb weiter eine Herausforderung, die winzigen Strukturen zu stabilisieren. Dabei ist das für viele Anwendungen wichtig: "Eine liegt darin, sie verteilt zu halten, während man mit ihnen arbeitet. Eine andere ist, sie vor der Zersetzung zu schützen, denn man will nicht, dass sie ihre Form ändern oder durch chemische Reaktionen zerstört werden", erklärt Alexander Wei von der Purdue University in West Lafayette, Indiana.

Doch jetzt haben er und seine Mitarbeiter einen Weg gefunden, zumindest Metallteilchen in eine stabile Form zu bringen, indem sie die winzigen Strukturen in eine Art Mantel aus aus Kunststoff hüllten. Die Forscher haben Gold-Teilchen verwendet, die einen Durchmesser von zehn bis zwanzig Nanometer hatten. Diese betteten sie in eine Schale aus so genannten Resorcinarenen ein, die wie eine Schüssel geformt sind, an denen lang gestreckte Reste hängen. "Resorcinarene eignen sich deshalb so gut, weil ihre Krümmung komplementär zu der von den Nanoteilchen ist", erklärt der Chemiker.

Anschließend haben die Forscher eine Art Käfig um die Teilchen gebaut, indem sie die Reste der Resorcinarene aneinander "genäht" haben. Diese poröse Beschichtung erlaubt es den Teilchen, mit anderen Substanzen zu wechselwirken. Aber untereinander können sie sich nicht mehr beeinflussen. "Das Resultat ist eine sehr stabile, permanente Beschichtung, welche die Teilchen in einer Lösung verteilt hält", sagt Wei. "Und sie kann durch Zugabe verschiedener Chemikalien den Wünschen angepasst werden, sodass die Nanoteilchen in einer bestimmten Art und Weise funktionieren." Dieses Verfahren eignet sich besonders für magnetische Materialien, sodass Wissenschaftler neue Ausgangsstoffe für die Mikroelektronik und magnetische Sensoren entwickeln können.

Vermutlich werden sich auch etwas größere Teilchen auf diese Weise stabilisieren lassen. Zumindest funktionierte die Methode bei Kobalt mit einem Durchmesser von 40 Nanometer. "Wir glauben, dass wir unsere Fähigkeiten auf den Bereich von 10 bis 50 Nanometer ausdehnen können", sagt Wei. Bisher war das besonders problematisch, denn "Metallteilchen, die größer sind als zehn Nanometer, tendieren stark dazu, aneinander kleben zu bleiben", erläutert der Wissenschaftler.

"Obwohl viele der Anwendungen erst noch entwickelt werden müssen, öffnet unsere neue Methode die Tür zu einer Vielzahl neuer Nano-Materialien", freut sich Wei. "Der Überzug könnte zum Beispiel nützlich sein, um neue Materialien wie Sonden und Sensoren für die Biomedizin zu entwickeln oder um Arzneimittel zu transportieren."

Siehe auch

Spektrum Ticker vom 3.8.2000
"Nanodrähte aus purem Gold"
Spektrum Brennpunkt-Thema vom 7.8.2000
"Nano ist das Größte"
Spektrum der Wissenschaft 6/99, Seite 96
"Science and Fiction – wie utopisch ist die Nanowelt?"
(nur für Heft-Abonnenten online zugänglich)

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