Einzelne Moleküle mit Wärme einfangen

  • 02. September 2015

Neue Methode nutzt Thermophorese zur Manipulation der Bewegung von Molekülen in Flüssigkeiten.

Eine neue Methode zum Einfangen und zur Manipulation von einzelnen und mehreren Molekülen in Flüssigkeiten haben Forscher der Uni und der TU Leipzig entwickelt. Die Forscher nutzen dabei die Temperatur selbst, um einzelne Moleküle in der Flüssigkeit einzufangen. Der physikalische Prozess, der die Moleküle bewegt – Thermophorese genannt – ist seit über hundert Jahren bekannt. Moleküle bewegen sich in einem Temperaturprofil in der Regel vom Wärmeren zum Kälteren hin.

„Wir erzeugen starke Temperaturgefälle mit winzigen Goldstrukturen, die wir über einen Laser aufheizen. Diese Heizung kann sehr schnell ein- und ausgeschaltet werden“, erläutert Frank Cichos von der Uni Leipzig. In Experimenten haben er und seine Kollegen die Moleküle in Echtzeit verfolgt und die Goldstrukturen an bestimmten Stellen aufgeheizt, um die Moleküle in einem kleinen Volumen festzuhalten. Eine derartige Kontrolle über Moleküle in Flüssigkeiten und weicher Materie ist eine große Herausforderung, weil sich Moleküle – angetrieben durch ihre thermische Energie – ständig bewegen. „Moleküle in Flüssigkeiten sind deshalb nicht einfach festzuhalten oder zu manipulieren“, so Cichos.

Die thermophoretische Einzelmolekül-Falle besitzt nach Ansicht der Wissenschaftler ein enormes Potenzial bei der Analyse biochemischer Reaktionen und der Herstellung komplexer Strukturen aus einzelnen Bausteinen. „Ganze Felder solcher Fallen können erzeugt werden und in jeder dieser Falle können chemische Reaktionen stattfinden. Selbst eine genaue Zahl von mehreren Molekülen kann darin eingeschlossen werden“, sagt Michael Mertig von der TU Leipzig. Tatsächlich wurde die Falle entworfen, um die Anhäufung von Proteinen zur Ausbildung größerer Strukturen besser untersuchen zu können. „Das ist wichtig, weil man dadurch die Auslöser von Krankheiten wie Alzheimer besser verstehen kann“, erklärt Cichos. Das Projekt ist Teil des Sonderforschungsbereichs „Polymere unter Zwangs­bedingungen“ der DFG zwischen den Universitäten Halle und Leipzig, der sich mit Phänomenen der Aggregation und Kristallisation von Polymeren und Proteinen beschäftigt.

AML / RK

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