Technische Universität Wien
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2011-07-28 [

Florian Aigner

 | Büro für Öffentlichkeitsarbeit ]

Baukasten-System aus Mikropartikeln

„Patchy Colloids“ sind Partikel mit einer ganz speziellen Struktur: Auf ihren Oberflächen gibt es spezielle Bereiche, die es den Partikeln erlauben, sich miteinander oder mit anderen Teilchen zu verbinden. Über diese Bindungen lassen sich maßgeschneiderte Komplexe aufbauen.

Teilchen lagern sich gezielt an Kolloid-Partikeln an.

Emanuela Bianchi

Patchy Colloids: An ihrer Oberfläche haben sie "Andockstellen" für andere Teilchen.

Milch sieht weißlich trüb aus, weil sie nicht nur aus Wasser, sondern auch aus unzähligen kleinen Fetttröpfchen und Schwebpartikeln besteht. Solche Partikel bezeichnet man als Kolloide. Oft kann man sich solche schwebenden Tröpfchen einfach wie kleine Kugeln vorstellen, doch mittlerweile lassen sich auch Kolloide erzeugen, die eine ganz bestimmte Oberflächenstrukturen aufweisen und sich dadurch zu größeren Komplexen mit ganz neuen Eigenschaften zusammenfinden. Nach dem Baukastensystem kann man diese großen Strukturen gezielt zusammensetzen. Emanuela Bianchi vom Institut für Theoretische Physik untersucht diese speziellen Kolloide schon seit Jahren.

Die winzigen Kolloide (typischerweise im Mikro- oder Nanometerbereich) gezielt mit einer gewünschten Oberflächenstruktur zu versehen ist keine leichte Aufgabe. Moderne chemische und physikalische Verfahren machen das aber heute möglich. An genau definierten Stellen des winzigen Kolloids werden Bereiche geschaffen, die völlig andere Eigenschaften haben als die „nackte“ Oberfläche – man spricht dann von „Patchy Colloids“. So können zum Beispiel an der Oberfläche kleine magnetische Partikel fixiert werden, aber auch ganze DNA-Stränge lassen sich an den Kolloid-Oberflächen verankern.

Patches platzieren und Strukturen bauen
Die Wechselwirkung zwischen den Kolloiden wird durch die speziell behandelten Bereichen (oder „Patches“) an ihrer Oberfläche bestimmt. Ob sie aneinander haften hängt also von der Lage der Patches ab – ähnlich wie bei Legosteinen, die auch an genau vorgegebenen Stellen ineinander passen. Nachdem die Positionen und die Ausdehnung dieser Patches sehr präzise gewählt werden können, lässt sich ähnlich wie in einem Baukastensystem festlegen, wie sich die Kolloide zusammenfinden sollen. So kann man große Partikel-Komplexe mit den jeweils gewünschten physikalischen Eigenschaften zusammenbauen.

Übersicht über den aktuellen Stand der Forschung
Der Forschungsbereich der „Patchy Colloids“ entwickelt sich derzeit rasch und weckt bereits weltweit Interesse. Um den aktuellen Stand der Forschung zusammenzufassen wurde Emanuela Bianchi, eine Mitarbeiterin in der Arbeitsgruppe ”Soft Matter Theory” am Institut für Theoretische Physik der TU Wien, und ihre Kollegen, Christos N. Likos und Ronald Blaak von der Universität Wien eingeladen, in der renommierten Zeitschrift ”Physical Chemistry Chemical Physics” einen Übersichtsartikel zu verfassen. Die Visualisierung eines theoretischen Modells für ein derartiges ”Patchy Colloid” wurde sogar auf der Titelseite des Journals abgebildet (siehe Graphik links). Bei der Redaktion des Artikels konnten Emanuela Bianchi - ebenso wie ihre Mitautoren - auf eine mehrjährige wissenschaftliche Erfahrung auf diesem Gebiet zurückgreifen. Der Übersichtsartikel fasst nicht nur den aktuellen Wissensstand auf diesem Gebiet zusammen, er liefert auch einen Ausblick auf die Möglichkeiten, wie das große Potential dieser Kolloidteilchen zur Selbstorganisation kontruktiv genützt werden kann. Zu diesen zukünftigen Arbeiten will Emanuela Bianchi im Rahmen ihres vom FWF geförderten Lise-Meitner Projekts beitragen. Die beinahe unbegrenzten Synthesemöglichkeiten dieser Teilchen lassen jedenfalls interessante Resultate erwarten.



Übersichtsartikel in ”Physical Chemistry Chemical Physics:
http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2011/cp/c0cp02296a