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Eine schematische Darstellung eines Moleküls

Polymerkette in Nahaufnahme

Ein internationales Forscherteam unter Beteiligung der Universität Graz hat in einer Studie die mechanischen Eigenschaften von einzelnen Polymerketten charakterisiert. Die neuen Erkenntnisse könnten auf verschiedene chemische und biologische Systeme umgesetzt werden.

Elektronenmikroskopie 04.03.2014

Mechanische Eigenschaften bestimmen

Die Studie in den "Proceedings of the National Academy of Sciences":

"Quantifying the atomic-level mechanics of single long physisorbed molecular chains" von Shigeki Kawai et al., erschienen am 3. März 2014.

Biopolymere wie z.B. Proteine sind die molekularen Maschinen der Zellen, die Metabolite transportieren, Ionen pumpen, chemische Reaktionen katalysieren, Signalstoffe erkennen und den Zellen als Gerüstsubstanz ihre Struktur verleihen. "Großes Thema in der Forschung ist daher auch zu verstehen, was die mechanischen Eigenschaften solcher Polymere sind", schilderte der Grazer Physiker Leonhard Grill vom Institut für Chemie auf Anfrage der APA. In Zusammenarbeit mit u.a. Forschern der Universität Basel (Departement of Physics) und dem Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft in Berlin ist es ihm gelungen, das mechanische Verhalten eines einzigen Polymermoleküls, das quasi wie eine "Kette" aus einer Goldoberfläche herausgelöst wird, in atomarer Auflösung zu untersuchen und zu bestimmen.

Molekülketten werden von der Goldoberfläche gezogen

Universität Basel

Molekülketten werden von der Goldoberfläche gezogen.

Dazu haben die Forscher zuerst Polyfluorenketten auf einer chemisch sehr unreaktiven Trägerschicht zusammengebaut. "Anschließend haben wir mit der Spitze eines Rasterkraftmikroskops eine einzelne Polymerkette von einer Goldoberfläche hochgezogen. Dabei haben wir verschiedene Kräfte beobachtet, über die wir letztlich die Bindungsenergien des Moleküls zur Oberfläche sowie die mechanischen Eigenschaften der Kette, die sozusagen Glied für Glied von der Trägerschichte gelöst wurde, bestimmen konnten", schilderte Grill das Experiment. Die Beobachtungen bestätigten exakt, was Modelle vorausgesagt hätten. Hinzu kam eine weitere interessante Beobachtung: "Wir stellten auch fest, dass sich die 'molekularen Drähte' praktisch reibungsfrei parallel zur Oberfläche bewegen."

Die Möglichkeit, einzelne molekulare Ketten zu ziehen und damit mechanischen Kräften auszusetzen, sei wichtige Grundlage der weiteren Erforschung biologischer Moleküle: "Sie kann etwa wichtige Hinweise auf das Falten beziehungsweise Entfalten von Proteinen geben", so Grill. In künftigen Experimenten will man untersuchen, wie Katalysatoren oder Nanopartikel das mechanische Verhalten der Molekülkette beeinflussen.

science.ORF.at/APA

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