Angewandte Chemie

Cover image for Vol. 126 Issue 52

Chefredakteur: Peter Gölitz, Stellvertreter: Neville Compton, Haymo Ross

Online ISSN: 1521-3757

Associated Title(s): Angewandte Chemie International Edition, Chemistry - A European Journal, Chemistry – An Asian Journal, ChemistryOpen, ChemPlusChem, Zeitschrift für Chemie

Den vollständigen Artikel und die Anschrift des Autors finden Sie in Angew. Chem 2002, 114 (9), 1613 - 1616

Nr. 09/2002


Bizarre Gerüste

Kieselalgen könnten den Weg zur Synthese
hochgeordneter Kieselsäure-Strukturen weisen

Ein spektakulärer Mikrokosmos eröffnet sich, wenn man Phytoplankton unter dem Mikroskop betrachtet. Hauptbestandteil sind einzellige Kieselalgen, die Diatomeen. Sie beeindrucken besonders durch ihre gläsern anmutenden Panzer, die von einem bizarren Muster aus regelmäßigen Kanälen, Rillen und Vertiefungen durchzogen sind. Jede Subspezies bildet ihre ganz charakteristische, individuelle Zellwand-Architektur aus. Schon lange fragt man sich, wie diese stabilen, porösen, hochstrukturierten Kieselsäure-Skelette entstehen. Niederländische Forscher scheinen nun einen Teil des Rätsels gelöst zu haben.

Poröse Kieselerde-Materialien lassen sich gezielt herstellen, wenn Polymere als eine Art "Matrize" fungieren. In den Kieselalgen übernehmen Peptide und andere Biopolymere diese Aufgabe, so viel schien bisher klar. Aber wie kann dabei eine Struktur entstehen, die eine regelmäßige Anordnung sehr verschieden großer Poren aufweist? Und wie kommen Porendurchmesser zu Stande, die um ein Vielfaches größer sind als die Matrize?

Engel Vrieling, Theo Beelen, Rutger van Santen und Winfried Gieskes experimentierten mit verschiedenen Polymeren als Matritze, dabei wählten sie ähnliche Bedingungen, wie sie im Innern von Kieselalgen herrschen. Ergebnis ist eine interessante Hypothese:

Am Anfang ihrer "Bauphase" transportiert die Alge Kieselsäure-Monomere in spezielle Vesikel. "Dort sorgen kleine Biopolymere, Silaffine und Polyamine, für ein sehr rasches Ausflocken kleiner Kieselsäure-Partikel. Dann kommen größere Peptide ins Spiel," erklärt Vrieling. "Sie wechselwirken nicht nur mit den Kieselsäure-Partikeln, sondern auch untereinander und aggregieren zu Peptid-Klümpchen. Während der weiteren Aggregation der Kieselsäure-Partikelchen dienen die Peptid-Klümpchen als Matrize. Es entsteht eine hochgeordnete, quasi flüssigkristalline Phase aus Kieselsäureaggregaten und aus Peptidaggregaten." Größe und Anordnung der Aggregate hängt von der Natur der Matrizen-Peptide ab. Nach und nach entsteht daraus ein dreidimensionales Gebilde. Wenn die Bausteine für den Panzer der Algen fertig sind, werden die Peptide aus der Masse entfernt. Übrig bleibt ein charakteristisches Muster aus Poren. Vrieling erinnert der Vorgang an einen Bronzeguss, bei dem die Wachsform wegschmilzt.

Die Forschungsergebnisse sind übrigens nicht nur von akademischem Interesse. Denn poröse Kieselerde-Mikrostrukturen sind heiß begehrt, beispielsweise als maßgeschneiderte Katalysatoren oder Absorptionsmittel. Vielleicht ließe sich die Kieselalgen-Methode gezielt nachahmen.

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