Neue Methode zur Herstellung definierter
Mikropartikel mit dreidimensionalen Nanomustern.
Winzige Teilchen in definierten Größen und Formen, mit speziellen
regelmäßigen Mustern versehen, zwei- oder dreidimensional und im Mikro-
und Nanomaßstab - viele Wissenschaftler arbeiten fieberhaft an der
Entwicklung verlässlicher, aber einfacher Herstellmethoden für solche
Gebilde. Nicht von ungefähr, denn die Winzlinge haben unzählige
Anwendungen in der modernen Technik, die von diagnostischen Systemen
über die Züchtung künstlicher Gewebe bis zur verbesserten
Datenspeicherung reichen. Ein Team um Edwin L. Thomas und Patrick S.
Doyle vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Cambridge, USA,
hat nun eine neue Methode für die Hochdurchsatzsynthese dreidimensional
gemusterter Polymerpartikel mit morphologischen Merkmalen im
Submikrometerbereich entwickelt. Wie in der Zeitschrift Angewandte
Chemie beschrieben, gelingt es mit Hilfe dieser so genannten
Stop-Flow-Interferenzlithographie sogar, Janus-Partikel herzustellen,
Mikro-Teilchen mit zwei chemisch unterschiedlichen Hemisphären.
"Unsere neue Methode ist eine Kombination aus
Phasenmasken-Interferenzlithographie und Mikrofluidlithographie, deren
jeweilige Stärken sie vereinigt," erklären die Wissenschaftler.
Flüssige Vorstufen eines durch Licht vernetzbaren Polymers werden
dabei in ein Mikrofluid-System (ein System aus wenige Mikrometer
breiten Kanälchen) eingeleitet, dessen Boden aus einer so genannten
Phasenmaske mit periodischer Oberflächenstruktur besteht. Bestrahlt
wird die Anordnung durch eine Transparenzmaske, die die Form der
entstehenden Partikel bestimmt, in einem Testbeispiel Dreiecken mit 60
µm Seitenlänge. Treten nun die parallelen Lichtstrahlen durch die
streng periodische Oberflächenstruktur der Phasenmaske, entsteht eine
komplexe dreidimensionale Verteilung der Lichtintensität in der
Flüssigkeit (Interferenz). In Regionen hoher Lichtintensität
quervernetzen die Polymervorstufen in Form dreidimensionaler
Strukturen zu einem festen Hydrogel. Den Forschern gelang es auf diese
Weise, den dreieckigen Partikeln eine noppige, gitterartige Struktur
zu verleihen.
Da die Methode kontinuierlich arbeitet, lässt sich ein sehr hoher
Durchsatz erreichen: Flüssigkeit wird eingeleitet und polymerisiert zu
Partikeln, die sofort ausgespült werden, wenn die nächste
Flüssigkeitsportion nachfließt - in Zeitspannen unterhalb einer
Sekunde. Anders als bei anderen Techniken muss die Flüssigkeit nicht
zuvor als gleichmäßige Schicht auf einen Träger aufgebracht und dann
schrittweise entwickelt werden.
Zudem kann man in einem Mikrokanal zwei verschiedene Flüssigkeiten
nebeneinander fließen lassen, ohne dass diese sich vermischen. Wird
die Transparenzmaske so justiert, dass das Licht einen Bereich um die
Grenze zwischen den Flüssigkeiten bestrahlt, entstehen Janus-Partikel
mit zwei chemisch unterschiedlichen Hemisphären.
Quellen und Artikel:
-
Ji-Hyun Jang, Dr., Dhananjay Dendukuri, Dr., T. Alan Hatton, Prof.,
Edwin L. Thomas, Prof., Patrick S. Doyle, Prof.: A Route to Three-Dimensional Structures in a Microfluidic Device:
Stop-Flow Interference Lithography.
In: Angewandte Chemie International Edition 2007, 46,
9027–9031; doi:
10.1002/anie.200703525
-
Homepage von
Edwin L. Thomas, Massachusetts Institute of Technology,
Cambridge (USA)
-
Quelle:
Angewandte
Chemie International Edition, Pressemitteilung Nr.
46/2007; Mitteilung der
GDCh
Weitere Informationen:
-
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