Nanolampen Bauanleitung für Nanolampen

Mit zwei neu entwickelten Verfahren lässt sich die Größe von Nanopartikeln so kontrollieren, dass sie als Nanolampen dienen könnten.

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München – Für die kleinsten Lampen der Welt gibt es jetzt zwei neue Bauanleitungen. Nach den Plänen haben Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Kolloid- und Grenzflächenforschung Nanopartikel generiert, die als Positionsleuchten an Zellproteinen, als Lichtquellen für Bildschirme oder für die optische Informationstechnik dienen könnten. In mikroskopisch kleinen Membranbläschen haben die Forscher Cadmiumsulfid-Teilchen hergestellt. Je nachdem, welcher ihrer Anleitungen sie folgen, können diese vier oder 50 Nanometer groß sein. Da die Membranbläschen etwa so groß sind wie lebende Zellen, könnte die Arbeit der Wissenschaftler auch einen Hinweis darauf geben, wie Nanostrukturen in der Natur entstehen.

Vesikel als Reaktionsgefäß

„Dass Zellen quasi ein geschlossenes Reaktionsgefäß bilden, haben wir uns zum Vorbild genommen, um Nanopartikel herzustellen“, sagt Rumiana Dimova. Ihre Arbeitsgruppe erforscht am Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung Membranen, wie sie auch Zellen umhüllen. Aus Lecithin-Membranen, die biologischen Membranen ähneln, formen die Chemikerin und ihre Mitarbeiter rund 50 Mikrometer große Bläschen. Diese Vesikel bilden ebenso wie Zellen ein geschlossenes Reaktionsgefäß. Die Membranbläschen laden die Wissenschaftler jeweils mit einem von zwei Ausgangsstoffen für die Nanopartikel.

Von hier an folgen die Forscher zwei unterschiedlichen Anleitungen. Im einen Fall stellen sie Bläschen mit beiden Ausgangsstoffen her, einmal mit Natriumsulfid und einmal Cadmiumchlorid. Die Bläschen mit den unterschiedlichen Ladungen bringen die Wissenschaftler anschließend zusammen und vereinigen jeweils zwei Vesikel zu einem größeren Bläschen - indem sie auf den Bläschen-Cocktail einen kurzen, aber sehr starken elektrischen Puls abgeben. Der Elektroschock verschmilzt die Membranen zweier benachbarter Bläschen.

Zwei Verfahren für die Synthese von Nanolampen

In vielen Fällen vereinigen sich nach Aussagen der Forscher zwei Bläschen mit unterschiedlichen Ausgangsstoffen. Diese reagieren zu Cadmiumsulfid, das sich in Wasser nicht löst und in Form von Nanopartikeln ausfällt. „Da die Ausgangsstoffe in den fusionierten Bläschen nur begrenzt vorhanden sind, wachsen die Partikel nur, bis sie vier Nanometer groß sind“, erklärt Rumiana Dimova. Den ganzen Prozess konnten die Wissenschaftler im Mikroskop verfolgen, weil sie in die Membranen der unterschiedlich beladenen Vesikel verschiedene Leuchtstoffe einbauten. Und auch die Nanopartikel sahen die Forscher heranwachsen, weil die Teilchen wie Nanolampen leuchten.

In ihrem zweiten Verfahren stellen die Forscher nur Bläschen mit einem der Ausgangsstoffe her. Nachdem sich die Bläschen gebildet haben, bleiben sie über kleine Membrankanäle wie Luftballone an Schnüren mit ihrer Unterlage verbunden und stehen in derselben Lösung, die sie auch in ihrem Inneren enthalten. Die Forscher um Rumiana Dimova tauschen die Lösung mit der ersten Zutat für die Nanopartikel gegen eine mit dem zweiten Bestandteil aus. Sukzessiv kriecht die zweite Komponente zwischen Membran und Unterlage in den Kanal zu dem Bläschen. Im Bläschen wachsen wieder die Nanopartikel - diesmal bis zu einer Größe von 50 Nanometern.

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