Lichtgesteuerte Synthese präziser Polymere

Wissenschaftlern des Karlsruher Instituts für Technologie ist es gelungen, den Aufbau von Präzisionspolymeren durch lichtinduzierte chemische Reaktionen gezielt zu steuern.




Abbildung: Die lichtinduzierte Synthese ermöglicht ein präzises Moleküldesign. Vergleichbar einer bunten Perlenkette platzieren sich Bauteile an die gewünschte Stelle. [Bildquelle, ©: KIT]
Lichtindizierte Synthese

Die neu entwickelte Methode ermöglicht die genaue und geplante Platzierung der einzelnen Kettengliedern, den so genannten Monomeren, entlang von Polymer-Ketten einheitlicher Länge. Die so präzise aufgebauten makromolekularen Gebilde bilden festgelegte Eigenschaften aus; sie eignen sich möglicherweise unter anderem als Informationsspeicher oder für die Herstellung von Biomolekülen. Über das neuartige Synthese-Verfahren berichten die Chemiker in einer frei zugänglichen Open Access-Publikation in der Fachzeitschrift Nature Communications [vgl. Literatur-Hinweis am Ende].

Chemische Reaktionen lassen sich unter anderem durch die Einwirkung von Licht auf die Reaktionsmischung bei Zimmertemperatur auslösen. Die Wissenschaftler am Karlsruher Institut für Technologie nutzen diesen Effekt, um unter Licht die Verknüpfung von Molekülen zu definierten Polymerketten gezielt in Gang zu setzen. "In vielen herkömmlichen Verfahren entstehen Polymerketten unterschiedlicher Länge und die Anordnung der Bausteine entlang der Kette ist zufällig verteilt", berichtet Professor Christopher Barner-Kowollik vom Institut für Technische Chemie und Polymerchemie, ITCP, am KIT. "Unser Ziel war es, eine lichtinduzierte Methode zum Polymeraufbau zu entwickeln, die die Präzision der Natur erreicht", so der Inhaber des Lehrstuhls für Präparative Makromolekulare Chemie. Denn die natürlichen Vorbilder, zum Beispiel Proteine, weisen einen exakt definierten Aufbau auf. Das neue lichtgesteuerte Synthese-Verfahren ermöglicht ein maßgeschneidertes Moleküldesign, bei dem die Bausteine in ihrer Abfolge - vergleichbar dem Muster einer bunten Perlenkette - genau an die gewünschte Stelle platziert werden können.

"Durch die Kontrolle über den Aufbau des Moleküls, die sogenannte Sequenz, lassen sich die Eigenschaften der Makromoleküle steuern", sagt Barner-Kowollik. "Sequenzdefinierte Polymere lassen sich möglicherweise auch als molekulare Daten- und Informationsspeicher nutzen." Informationen könnten durch die Abfolge der Monomere verschlüsselt werden, ähnlich wie die Natur die Erbgutinformation in der DNA hinterlegt hat.

Die Forschergruppe des KIT um Barner-Kowollik stellt die neue, lichtgesteuerte hochpräzise Polymerisationsmethode unter dem Titel "Coding and Decoding Libraries of Sequence Defined Functional Copolymers Synthesized via Photoligation" in der Fachpublikation Nature Communications vor. Die Entwickler erwarten, dass das grundlegende Verfahren ein Werkzeug für Chemiker, Biologen und Materialforscher wird und ein Schlüssel für die künftige Makromolekularchemie ist.

Entwickelt wurde das neue Verfahren im Rahmen des Sonderforschungsbereiches (SFB) 1176 "Molekulare Strukturierung weicher Materie" der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG), der vom KIT koordiniert wird. Neun Millionen Euro stehen dem im Januar 2016 gestarteten SFB in den ersten vier Jahren zur Verfügung.

Das Karlsruher Institut für Technologie - kurz: KIT - verbindet seine drei Kernaufgaben Forschung, Lehre und Innovation zu einer Mission. Mit rund 9 300 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern sowie 25 000 Studierenden ist das KIT eine der großen natur- und ingenieurwissenschaftlichen Forschungs- und Lehreinrichtungen Europas.


Zusatzinformationen:

Nicolas Zydziak, Waldemar Konrad, Florian Feist, Sergii Afonin, Steffen Weidner und Christopher Barner-Kowollik:
Coding and decoding libraries of sequence-defined functional copolymers synthesized via photoligation.
In: Nature Communications; online erschienen am 30. November 2016, DOI 10.1038/NCOMMS13672

Quelle: Karlsruher Institut für Technologie, KIT

 


Aktualisiert am 01.12.2016.







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