Gummi aus Wasser

Mittwoch, 20. Januar 2010, 19:52 • Rubrik Chemie, Technik.

Eine Art Gummi aus Wasser haben japanische Chemiker hergestellt. Indem sie reinem Wasser etwas Tonpulver und langgestreckte Polymermoleküle zusetzen, nimmt die Flüssigkeit die Konsistenz eines elastischen Gels an. Dieses lässt sich in eine beliebige Form gießen und ist so stabil, dass es diese auch dauerhaft beibehält.

Foto: Wang et al., Nature 463 (2010):339-43

In das Hydrogel lassen sich beispielsweise Proteine einbetten, ohne an Funktionstüchtigkeit einzubüßen, berichten die Forscher um Takuzo Aida von der Universität Tokyo im Magazin “Nature”. Denkbare Anwendungen liegen damit in der Gewebezüchtung oder bei der Herstellung winziger enzymatischer Montagestraßen nach dem Baukastenprinzip.

Die Herstellung des Hydrogels ist denkbar einfach. Zunächst rühren die Forscher Tonpulver in Wasser ein – lediglich einige Gramm pro Liter – und geben eine Prise Polyacrylat hinzu. Letzteres bewirkt, dass die Tonmineralien in einzelne Schichten zerfallen. Dann kommt pro Liter gut ein Gramm langkettiger Polyethylenglykol-Moleküle hinzu, an deren Enden ganze Büschel positiv geladener Stickstoffgruppen sitzen. Diese Büschel heften sich an die negativ geladenen Mineraloberflächen, sodass ein organisch-mineralisches Netzwerk entsteht.

Obwohl dieses filigrane Netz maximal 3 Prozent der Gesamtmasse ausmacht, kann es das Wasser gut im Zaum halten, berichten Aida und Kollegen. Binnen weniger Minuten verfestigt sich die Lösung daher zu einem Hydrogel, das an farblose Götterspeise erinnert, sich gegenüber Scherkräften jedoch um ein Vielfaches stabiler und elastischer verhält.

Überschreitet die Belastung einen kritischen Wert, verflüssigt sich das Hydrogel vorübergehend. Da es aber nicht durch klassische chemische Bindungen zusammengehalten wird, sondern durch zwischenmolekulare Kräfte, nimmt es schließlich wieder seine gelartige Konsistenz an. Aus dem gleichen Grund ist es auch selbstheilend: Wird es zerschnitten und werden die Schnittflächen wieder zusammengebracht, verbinden sich die Teile rasch erneut zu einer belastbaren Einheit.

Forschung: Qigang Wang, Justin L. Mynar und Takuzo Aida, Department of Chemistry and Biochemistry, School of Engineering, University of Tokyo, und ERATO-SORST Nanospace Project, Japan Science and Technology Agency, Tokyo; und andere

Veröffentlichung Nature, Vol. 463, pp 339-43, DOI 10.1038/nature08693

WWW:
Aida Laboratory, University of Tokyo
Verdicker
Rheological Parameters for Viscoelastic Materials

Lesen Sie dazu im Scienceticker:
Selbstheilender Gummi

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