Angewandte Chemie

Cover image for Vol. 128 Issue 22

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

Presse-Mitteilung

Den vollständigen Artikel und die Anschrift des Autors finden Sie in Angew. Chem. 2003, 115 (01), 60 - 64

Nr. 01/2003


Künstliche Mini-Igel

Synthese sternförmiger Titandioxid/Siliciumdioxid-Schalen -
Nachahmung der Biomineralisation mariner Einzeller

Ein bizarrer Mikrokosmos eröffnet sich dem Auge des Betrachters, der Plankton unter dem Mikroskop untersucht. Eine bestimmte Klasse dieser vielfältigen einzelligen Spezies hat es einer Gruppe Bielefelder Wissenschaftler um Dirk Volkmer besonders angetan: Radiolarien, auch Strahlentierchen genannt. Diese Kleinstlebewesen haben kunstvolle glasartige Gehäuse aus Siliciumdioxid ("Kieselsäure"), die mit feinen strahlenförmigen "Stacheln" besetzt sind. Wie, so fragt sich die Wissenschaft, gelingt es diesen "Mini-Igeln" und ihren Verwandten, aus an sich unstrukturierten anorganischen Materialien derart komplexe Strukturen aufzubauen? Von der Aufklärung der als Biomineralisation bezeichneten Prozesse erhofft man sich neue Anstöße für die Materialwissenschaften.

Volkmer und seine Mitstreiter haben ein einfaches Modellsystem entwickelt, mit dem sie die Bildung der stacheligen Schalen nachahmen können. Ausgangspunkt sind winzige Öltröpfchen, die in eine wässrige Lösung eingebracht werden. Zur Stabilisierung enthalten beide Flüssigkeiten Tenside ("Seifenmoleküle"). Bei der richtigen Wahl der Tensidsorten kann man nach einigen Minuten wellenförmige Erhebungen an der Oberfläche der Öltröpfchen beobachten, die nach und nach zu kleinen "Stacheln" anwachsen. Ab einer bestimmten Größe schnüren sich die Stacheln ab, und es bilden sich submikroskopische Öltröpfchen um den ursprünglichen Tropfen, bis dieser nach und nach völlig zerfällt und sich in der Lösung verteilt.

Wurden dem Öl zuvor Vorstufen der beiden Mineralien Siliciumdioxid und Titandioxid zugegeben, so kommen diese an der Oberfläche der Öltröpfchen mit dem Wasser in Berührung. Dabei werden sie zersetzt, die Oxide werden frei und lagern sich an der Grenzfläche zwischen Öltröpfchen und Wasser zu einer mineralischen Schicht zusammen. Eine hauchdünne Hohlschale entsteht. Entscheidend für die Entstehung eines künstlichen "Mini-Igels" ist, dass die Mineralisation exakt dann stattfindet, wenn sich die stachelförmigen Ausstülpungen des Öltröpfchens gebildet haben. Nur dann kann der sternförmige Zustand "eingefroren" werden. Dazu muss die Konzentration der eingesetzten Vorstufen ganz genau eingestellt werden. "So konnten wir sehr robuste mineralische Hohlschalen erzeugen, die eine frappierende Ähnlichkeit zu den Kieselsäure-Skeletten der Radiolarien aufweisen," berichtet Volkmer.

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