29.06.2017

Geschickt gekämmter Nano-Tennisball

Polymerketten ordnen sich zu Kugeln mit unterschiedlicher Anzahl von Polen an.

Mainzer Physiker um Kurt Binder und Arash Nikoubashman haben erstmals untersucht, wie sich steife Polymere in kugelförmigen Gefäßen anordnen und wie sich diese Anordnung unter verschiedenen Bedingungen verändert. Solche Nano­systeme haben ein großes Potenzial für Anwendungen in der gezielten Pharmako­therapie und bei der Herstellung von maß­geschneiderten Nano­teilchen. Des Weiteren gibt die untersuchte Problemstellung wichtige Aufschlüsse über biologische Systeme, bei denen die Packung von langen Molekülen relevant ist – wie zum Beispiel die Lagerung doppel­strängiger DNS in Bakterio­phagen oder die Selbstanordnung von Aktin­filamenten, aus deren Netzwerk der Zellcortex aufgebaut ist, in Zellen.

Abb.: Quadrupolare Tennisball-Struktur aus steifen Polymeren bei hoher Dichte (Bild: A. Nikoubashman, JGU)

Die Simulationen der Arbeitsgruppe haben gezeigt, dass sich völlig flexible Polymer­ketten zunächst gleichmäßig in der Kugel verteilen und die Kugel­oberfläche unstrukturiert ist. Sobald die Steifigkeit der Ketten erhöht wurde, stellten sich die Polymere selbstständig parallel zueinander auf, wobei die Ketten­enden auf einer gemeinsamen Äquatorial­ebene lagen. Zur gleichen Zeit formten die Polymere komplexe Strukturen auf der Kugel­oberfläche: Bei niedrigen Dichten und mittlerer Steifigkeit wurden Oberflächen­strukturen mit zwei gegen­überliegenden Polen beobachtet, wie sie zum Beispiel von einem Globus oder einer Zwiebel bekannt sind. Bei höheren Dichten und sehr steifen Ketten haben sich dahingegen tennis­ball­artige Strukturen mit vier Polen ausgebildet.

Dieses überaus interessante Verhalten resultiert aus dem komplexen Wechselspiel zwischen der Packung und der Verbiegung von Polymerketten: Einerseits ist es aus entropischen Gründen vorteilhaft für die steifen Polymere, sich parallel zueinander aufzustellen (diese nematische Phase ist beispielsweise ausschlag­gebend für die Funktion von Flüssigkristallen). Andererseits verhindert die kugelförmige Einschließung solch eine parallele Anordnung im ganzen System, sodass sich Ketten in der Nähe der Kugeloberfläche verbiegen müssen. Die resultierenden Strukturen sind somit der Kompromiss aus diesen Einschränkungen.

Mit diesen Simulationen ist es erstmals gelungen, ein solches Verhalten steifer Polymere zu beobachten. Die Mainzer Physiker sind zuversichtlich, dass diese Arbeit zukünftig dazu beitragen wird, sowohl natürliche als auch synthetische Nanosysteme besser zu verstehen, bei denen kugel­förmige Einschränkungen wichtig sind.

JGU / DE

Anbieter des Monats

Dr. Eberl MBE-Komponenten GmbH

Dr. Eberl MBE-Komponenten GmbH

Das Unternehmen wurde 1989 von Dr. Karl Eberl als Spin-off des Walter-Schottky-Instituts der Technischen Universität München gegründet und hat seinen Sitz in Weil der Stadt bei Stuttgart.

Veranstaltung

Spektral vernetzt zur Quantum Photonics in Erfurt

Spektral vernetzt zur Quantum Photonics in Erfurt

Die neue Kongressmesse für Quanten- und Photonik-Technologien bringt vom 13. bis 14. Mai 2025 internationale Spitzenforschung, Industrieakteure und Entscheidungsträger in der Messe Erfurt zusammen

Meist gelesen

Photo
08.11.2024 • NachrichtForschung

Musik als Zeitreihe

Analyse von musikalischen Tonhöhensequenzen ergibt interessante Unterschiede zwischen verschiedenen Komponisten und Musikstilen.

Themen