Selbstorganisation lebender Systeme mit funktionalen Nanomaterialien
✍ Scribed by Zoran Popović; Matthias Otter; Gion Calzaferri; Luisa De Cola
- Book ID
- 101535493
- Publisher
- John Wiley and Sons
- Year
- 2007
- Tongue
- English
- Weight
- 323 KB
- Volume
- 119
- Category
- Article
- ISSN
- 0044-8249
No coin nor oath required. For personal study only.
✦ Synopsis
Professor Vincenzo Balzani gewidmet Der Aufbau von großen Strukturen [1] oder funktionalen supramolekularen Systemen [2][3][4][5][6][7][8][9][10][11][12] aus Molekülen sowie das Verständnis der Wechselwirkungen zwischen den Molekülen oder zwischen den Molekülen und einem Substrat sind entscheidend für die Verwirklichung molekularer Funktionseinheiten. [13,14] Nach dem Vorbild der Natur wurden einfache Systeme entworfen, die natürliche Vorgänge durch die Verknüpfung von biologischen Komponenten und abiotischen Materialien imitieren könnten, [15][16][17] um Prozesse in biologischen Systemen aufzuklären [18][19][20] oder einen Vorteil aus den Eigenschaften einer "nichtbiologischen" Komponente in einer natürlichen Umgebung zu ziehen (in vivo und in vitro). Mit dem Ziel, die Lücke zwischen der nanoskopischen und der makroskopischen Welt zu schließen, oder um Strukturen nachzuempfinden, deren Ausmaße vergleichbar sind mit denen von biomakromolekularen Systemen, wurden in letzter Zeit Nanopartikel, [21] Mikroplättchen [22] und Nanoröhren [23] hergestellt. Allerdings wurden bisher noch keine Versuche zur Selbstorganisation von Bakterien mithilfe von künstlichen funktionalen Nano-und Mikromaterialien beschrieben, die eine Kommunikation zwischen den Zellen ermöglichen.
Als ersten Schritt in Richtung eines Austausch von spezifischen Informationen zwischen synthetischen Systemen und/oder Bakterien haben wir einen biokompatiblen synthetischen Nanobehälter, den Zeolith L, funktionalisiert und mit nichtpathogenen Escherichia-coli-Bakterien verknüpft. Wir zeigen hier, dass das lebende System, das mit dem Zeolithen verbunden ist, leicht durch Fluoreszenzspektroskopie visualisiert werden kann. Überdies gelang es uns wegen der genau definierten Ausrichtung von Zeolith und Bakterium, zwei Bakterien so anzuordnen, dass sie über einen Nanobehälter verknüpft sind.
Zeolithe sind Netzwerke aus SiO 4 -und AlO 4 -Tetraedern. Jedes Al-Atom trägt in seiner Umgebung zu einer negativen Ladung bei, die durch die Einlagerung von Natrium-, Calcium-oder anderen Kationen in den großen Hohlräumen der Struktur kompensiert wird. [24,25] Der Zeolith L enthält eindimensionale Kanäle, die den ganzen Kristall durchlaufen. Sie haben an der Öffnung einen Durchmesser von 0.71 nm und einen größten freien Durchmesser von 1.26 nm. Die Elementarzelle ist 0.75 nm lang, und die Mittenentfernung beträgt für zwei benachbarte Kanäle 1.84 nm (Abbildung 1). [24,25] Somit besteht ein Kristall mit einem Durchmesser von 550 nm aus etwa 80 000 parallelen Kanälen. Eine wichtige Eigenschaft dieser Kristalle ist ihre Fähigkeit, verschiedenartige Moleküle einzulagern, z. B. Farbstoffmoleküle mit gewünschten Emissionseigenschaften. Außerdem können Kristalle mit verschiedenen Seitenverhältnissen und in verschiedenen Größen hergestellt werden, die von 30 nm bis zu mehreren tausend Nanometern reichen, [27] und die Kanaleingänge können mit Molekülen chemisch modifiziert Abbildung 1. Netzwerk und Morphologie von Zeolith L: Die REM-Bilder zeigen die Basis (a) und den Mantel (b) des Kristalls. Das Bild im Kreis (c) verdeutlicht, dass der gesamte Kristall durch viele, streng parallele Kanäle durchzogen wird. Unten rechts ist ein Längsschnitt durch einen Kanal abgebildet.