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Polymerfilme Kupferionen steuern die Bildung von Polymerfilmen

| Redakteur: Sonja Beyer

Die Natur besitzt die Fähigkeit, hochkomplexe Strukturen wie Organe und Gewebe von Lebewesen problemlos in geordneter Weise aufzubauen. Wissenschaftlern hingegen haben Mühe, definierte Strukturen auf Mikroebene herzustellen. Doch Forscher aus Straßburg haben nun der Natur einen ihrer Tricks abgeschaut, um dünne Polymerfilme zu bilden.

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Die Klick-Chemie läuft nur an Cu(I)-Ionen nahe der Oberfläche ab. Dieses Prinzip nutzten die Wissenschaftler, um Polymerfilme herzustellen. (Bild: Wiley-VCH)
Die Klick-Chemie läuft nur an Cu(I)-Ionen nahe der Oberfläche ab. Dieses Prinzip nutzten die Wissenschaftler, um Polymerfilme herzustellen. (Bild: Wiley-VCH)

Straßburg/Frankreich – Durch den Trick ist es Pierre Schaaf und einem Team von Wissenschaftlern aus Straßburg gelungen, einen Polymerfilm gezielt auf eine Oberfläche aufwachsen zu lassen. Wie sie in der Zeitschrift Angewandte Chemie berichten, nutzen sie dazu wie die Natur Morphogene: Signalmoleküle, die der Reaktion den Weg weisen. Sie werden z.B. in wachsenden Organen an einer bestimmten Stelle gebildet und verteilen sich in das umgebende Gewebe, sodass Konzentrationsgradienten. An diesen können sich Zellen orientieren, damit Prozesse wie die Entstehung von Knochen in gelenkten Bahnen laufen.

Schaaf und seine Kollegen nutzten ebenfalls eine Art Morphogen, um feine Filme auf einem Substrat zu bilden und diesen Prozess zu steuern. Als Reaktionspartner dienten ein Polymer mit Azidgruppen (–N3) und eines mit Alkingruppen (–C≡CH) als Seitengruppen. In Anwesenheit einfach positiv geladener Kupferionen reagieren diese Gruppen miteinander, und es bildet sich ein Kohlenstoff-Stickstoff-Fünfring. Dadurch werden die Polymere miteinander vernetzt. Weil die Reaktionspartner einfach nach dem Prinzip eines Druckknopfs aneinander geknüpft werden, heißt diese Reaktion Klick-Chemie.

In einer Lösung, in der beide Klick-Partner sowie Cu(I)-Ionen vorhanden sind, würde die Reaktion sofort blindlings loslaufen, sodass kein dünner Polymerfilm entstünde. Die Forscher gaben deshalb zweifach positiv geladene Kupferionen in Lösung und legten an die Oberfläche eine Spannung an, sodass die Ionen als Cu(I)-Ionen an die geladene Oberfläche banden. Weil die Klick-Reaktion nur dort abläuft, wo Cu(I)-Ionen sind, vernetzten die Polymere nur an der Oberfläche zu einem durchgehenden Film. Über die angelegte Spannung lässt sich die Menge an Cu(I)-Ionen und damit die Filmdicke regulieren, heißt es.

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