Angereicherter Kunststoff leuchtet bei Beschädigung

27. Juni 2009, 11:04

Spezielle Proteinkomplexe wechseln ihre Farbe bei physischer Veränderung und Rissen

Basel - Die Kunststoffe der Zukunft könnten durch ihr Leuchten anzeigen, wenn sie durch mikroskopisch kleine Risse beschädigt sind. Das berichten Chemiker der Universitäten Basel und Berkeley in der Fachzeitschrift Angewandte Chemie. Es gelang ihnen,  Kunststoffe mit fluoriszierenden Proteinen anzureichern, die ihre Farbe bei minimalen Beschädigungen ändern.

Diese Forschung, die von der US Air Force finanziert wurde, soll eines Tages für mehr Sicherheit von Flugzeugen sowie auch bei Implantaten sorgen, da sie Materialversagen unter Beleuchtung mit UV-Licht schon im Voraus erkennbar macht.

Molekulares Lineal

Grundlage der Forschung war der sogenannte Fluoreszenz-Resonanzenergietransfer (FRET). Energie wird dabei zwischen zwei fluoreszierenden Proteinen übertragen, die nur wenige Nanometer voneinander entfernt sind. Verändert sich der Abstand minimal, ändert sich die Leuchtfarbe. "Dieser physikalische Mechanismus gilt als ,molekulares Lineal', da es sich bei biochemischen Vermessung bereits etabliert hat", erklärt der Basler Chemiker Nico Bruns. Aufgrund der ungeordneten Systeme von Polymeren schien die Ausnutzung des FRET-Mechanismus in anderen Materialien bisher nicht möglich.

Mittels eines Tricks gelang den Forschern die Einbettung der Proteine in Kunststoffe. "Indem wir die fluoreszierenden Proteine in ein weiteres Protein hüllten, das sogenannte Thermosom, plazierten wir sie in einem wohldefinierten Abstand. Dieser Komplex kann in alle Kunststoffe eingegliedert werden, die durch radikalische Polymerisation hergestellt werden, etwa Polyacrylamid oder zukünftig auch in Plexiglas", so Bruns. Eine natürliche Sollbruchstelle, die durch die Struktur des Thermosoms bedingt ist, sorge dafür, dass Spannungen im Kunststoff die beiden Proteine auseinanderziehen. Ist der Riss erfolgt, entspannt sich der Proteinkomplex und kehrt in seine natürliche Form zurück, was den erwünschten Leuchteffekt hervorruft.

Erste Prototypen

Die bisherigen Ergebnisse sind Grundlagenforschung. "Beim von uns erzeugten Hybridmaterial handelt es sich um Prototypen, eine kommerzielle Umsetzung des Mechanismus ist noch nicht in Sicht", schätzt der Basler Chemiker. Die Proteine seien jedoch über Standardmethoden der Biotechnologie in großen Mengen herstellbar, was günstig für eine eventuelle Anwendung in Hightech-Geräten der Zukunft sei. (red/pte)

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