| Jan 14, 2011 |
Wie von Zauberhand geschaffen - Silikat-Nanokanal Wachstum
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(Nanowerk News) Kristalle sind hochgeordnete Strukturen,
die von allein entstehen können. Ähnlich wachsen und verbinden sich
auch winzig kleine Silikat-Röhren, die wichtig sind für viele
Anwendungen in der Nanotechnologie. Die einzelnen Röhren besitzen
nur einen Durchmesser von rund drei Nanometern. Wissenschaftler des
Exzellenzclusters "Nanosystems Initiative Munich" (NIM) an der
Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) München haben nun eine
Methode entwickelt, mit der sie diesen Strukturen trotz ihrer geringen
Grösse direkt beim Wachsen zusehen können. Zudem entstanden
bisher einmalig grosse Flächen, die für zahlreiche potenzielle
Anwendungen interessant sind, etwa als mit medizinischen
Wirkstoffen versehene Implantate ("Visualization of the self-assembly of silica nanochannels reveals growth mechanism").
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| Self-assembling silica nanochannels.
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Die Die Arbeitsgruppen von Professor Christoph Bräuchle und Professor
Jens Michaelis – beide Department für Chemie der LMU – setzen für die
Untersuchung längliche, fluoreszierende Farbstoffmoleküle ein, die sich der
Länge nach in die Nanokanäle einlagern. Durch
Polarisationsfluoreszenzmikroskopie mit Hilfe eines speziellen konfokalen
Laserscanning-Mikroskops können die Wissenschaftler die Orientierung der
Farbstoffmoleküle erkennen und von dieser direkt auf die Ausrichtung der
Silikat-Röhren schliessen. Die Grösse solcher orientierter Bereiche (in den
Achsen x,y) und ihre Stapelung (in z) konnte zusätzlich mit einem
Rasterkraftmikroskop ermittelt werden.
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Besonders interessant ist jedoch, dass die Experimentatoren direkt zusehen
konnten, wie schnell sich neue Kanäle bilden und wie sich die Struktur
erweitert, sozusagen in Echtzeit. Dabei beobachteten sie, dass Temperatur
und Feuchtigkeit grossen Einfluss auf das Wachstum ausüben. Während sich
beispielsweise bei 35°C innerhalb von Minuten Domänen von einigen
Mikrometern Ausmass bildeten, wuchsen die Strukturen bei 25°C langsam, aber stetig über Stunden, und es entstanden bisher einmalig grosse Flächen
mit bis zu 0,3 Millimetern Länge.
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Dank dieser Echtzeit-Methode konnten die Wissenschaftler ausserdem die
Schritte vom Ausgangszustand, einer sogenannten lamellaren Struktur aus
zweidimensionalen Schichten aus Silikat, bis zu den dreidimensional
angeordneten Silikat-Nanokanälen in einer sogenannten hexagonalen
Struktur beobachten. Dabei erkannten sie, dass diese Umstrukturierung
überall dort startet, wo die hexagonale Kanalstruktur auf bereits bestehende
lamellare Bereiche trifft, die sich dann schlagartig umwandeln.
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Nanokanal-Strukturen in dieser erstmals erreichten Grössenordnung sind für
zahlreiche potenzielle Anwendungen interessant. So lassen sie sich
möglicherweise in der Medizin mit Wirkstoffen versehen als Implantate
einsetzen. Ähnlich einem Sieb könnten sie im Labor komplexe
Molekülgemische auftrennen oder als Katalysatoren chemische Reaktionen
ermöglichen. Durch die Einlagerung bestimmter Moleküle in die
Nanokanäle entstehen spezielle optische Effekte, die für den Einsatz in der
Nanooptik von Nutzen sind.
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