Ohne Schlaufen zum Gel

  • 13. June 2016

Gerichteten Teilchenketten führen zur Stabilität.

Warum werden Gele fest, warum können sich gel­bildende Teilchen nicht mehr frei wie in einer Flüssig­keit bewegen? Diese Fragen beschäftigen die Wissen­schaft bereits seit Jahr­zehnten. Eine Forscher­gruppe der Unis Erlangen-Nürn­berg und Düssel­dorf konnte nun nach­weisen, dass in Gelen gerichtete Teilchen­ketten eine netz­artigen Struktur bilden, die zur Stabilität führt.

Gel-Bildung

Abb.: Kolloidales Gel aufgenommen mit einem Kon­fokal­mikro­skop. Die Bildung eines solchen Gels geht einher mit gerich­teten Ketten aus Teilchen (hier rot illus­triert), die das gesamte System durch­spannen. (Bild: R. Capell­mann & M. Schmiede­berg, U. Erlangen-Nürn­berg)

Die Wissenschaftler untersuchten als Modellsystem ein Gel, das aus einer Mischung von Kolloiden und Poly­meren entsteht. Bevor die flüssige Mischung zum Gel wird, können sich alle Teilchen frei bewegen. Die Kolloide stoßen sich dabei in der Regel ab. Kommen sie sich jedoch so nahe, dass selbst die kleineren Polymere nicht mehr dazwischen passen, werden sie von diesen noch dichter zusammen­ge­schoben. Dadurch bilden sich Kolloid­ketten. Formt sich aus diesen Ketten ein komplexes Netz im gesamten System, entsteht ein Gel – so lautete zumindest die bisherige Annahme.

Doch die Wissenschaftler aus Erlangen und Düsseldorf haben jetzt heraus­ge­funden, dass die Teilchen­ketten eine bestimmte Form haben müssen, um ein Gel zu bilden: Sie müssen gerichtet sein, sich also ohne Schlaufen durch das System ziehen. Durch diese gerichteten Teilchen­ketten, die dem System im Gegen­satz zu Schlaufen Stabilität verleihen, entsteht die feste Eigen­schaft des Gels.

Die Ergebnisse sind von großer Bedeutung für das Verständnis der Material­eigen­schaften von Gelen, die zum Beispiel Zahn­pasta, Gela­tine und vielen anderen Kosmetik- und Lebens­mittel­produkten beige­mischt werden, um sie zu stabi­li­sieren. „Wir konnten zudem nach­weisen, dass Gele dazu neigen, sich zusammen­zu­ziehen, sobald es system­durch­spannende Teilchen­ketten gibt“, sagt Michael Schmiede­berg von der Uni Erlangen-Nürn­berg. „Das Wissen darum könnte dazu bei­tragen, die Herstellung­sprozesse von Lebens­mitteln noch zu verbessern.“

FAU / RK

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  • 30. November 2017

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