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Leipzig (idw) - Physiker der Universität Leipzig und der Technischen Universität Dresden haben eine
neue Methode zum Einfangen und zur Manipulation von einzelnen und mehreren Molekülen in Flüssigkeiten
entwickelt und ihre neuen Erkenntnisse im Fachjournal "Nano Letters" veröffentlicht. "Das Entscheidende
dabei ist, dass wir die Temperatur selbst benutzen, um einzelne Moleküle in der Flüssigkeit einzufangen",
erläutert Doktorand Marco Braun von der Universität Leipzig, der im Team von Physiker Prof. Dr. Frank
Cichos an diesem Projekt forscht.
Der physikalische Prozess, der die Moleküle bewegt - Thermophorese genannt - ist schon seit über 100
Jahren bekannt. Moleküle bewegen sich in einem Temperaturprofil in der Regel vom Wärmeren zum Kälteren
hin. "Wir erzeugen starke Temperaturgefälle mit winzigen Goldstrukturen, die wir über einen Laser
aufheizen. Diese Heizung kann sehr schnell ein- und ausgeschaltet werden", erläutert Cichos. In Experimenten
haben er und seine Kollegen die Moleküle in Echtzeit verfolgt und die Goldstrukturen an bestimmten Stellen
aufgeheizt, um die Moleküle in einem kleinen Volumen festzuhalten. "Eine derartige Kontrolle über
Moleküle in Flüssigkeiten und weicher Materie ist eine große Herausforderung, weil sich Moleküle
- angetrieben durch ihre thermische Energie - ständig bewegen, ohne jemals wirklich still zu stehen. Dafür
sorgt die relativ schwache Wechselwirkung der Moleküle untereinander. Moleküle in Flüssigkeiten
sind deshalb nicht einfach festzuhalten oder zu manipulieren", sagt Cichos.
Nach Ansicht von Prof. Dr. Michael Mertig von der TU Dresden hat die thermophoretische Einzelmolekülfalle
enormes Potenzial bei der Analyse biochemischer Reaktionen und der Herstellung komplexer Strukturen aus einzelnen
Bausteinen. "Ganze Felder solcher Fallen können erzeugt werden und in jeder dieser Falle können
chemische Reaktionen stattfinden. Selbst eine genaue Zahl von mehreren Molekülen kann darin eingeschlossen
werden", sagt Mertig. Tatsächlich wurde die Falle entworfen, um die Anhäufung von Proteinen zur
Ausbildung größerer Strukturen besser untersuchen zu können. "Das ist wichtig, weil man dadurch
die Auslöser von Krankheiten wie Alzheimer besser verstehen kann", erklärt Cichos. Das Projekt ist
Teil des Sonderforschungsbereich transregio 102 "Polymere unter Zwangsbedingungen" der Deutschen Forschungsgemeinschaft
(DFG) zwischen den Universitäten Halle und Leipzig. Dieser beschäftigt sich mit Phänomenen der Aggregation
und Kristallisation von Polymeren und Proteinen.
Veröffentlichung in Nano Letters: "Single Molecules Trapped by Dynamic Inhomogeneous Temperature Fields"
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