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Hightech-Produkte auf Holzbasis sind das Ziel

Der Jenaer Chemiker Dr. Martin Gericke betrachtet Suspensionen mit farbigen Polysaccharid-Partikeln. Foto: Jan-Peter Kasper/FSU
Der Jenaer Chemiker Dr. Martin Gericke betrachtet Suspensionen mit farbigen Polysaccharid-Partikeln.
Foto: Jan-Peter Kasper/FSU

Forschung aufgenommen

Das internationale Forschungsprojekt „PShapes“ hat seine Arbeit aufgenommen. Für die Dauer von zunächst drei Jahren soll erforscht werden, wie sich neue innovative Rohstoffe und Materialien auf der Basis von Holz gewinnen lassen. Eine Schlüsselrolle kommt dabei der Arbeitsgruppe um Prof. Dr. Thomas Heinze vom Institut für Organische Chemie und Makromolekulare Chemie der Universität Jena zu.

„Wir wollen beispielsweise Cellulose-basierte Nanopartikel entwickeln, die Farbstoffe tragen und einfach mit Antikörpern gekoppelt werden können“, sagt Prof. Heinze. Diese neuen Stoffe sollen bei immunologischen Tests zum Einsatz kommen. Ziel sei es, die Nachweisgrenzen dieser Tests deutlich zu senken und damit die Genauigkeit zu erhöhen. Ein mögliches Einsatzfeld sei die Diagnose von Ebola-Infektionen, ergänzt Dr. Martin Gericke, der das deutsche Teilprojekt von „PShapes“ koordiniert.

Suspensionen mit farbigen Polysaccharid-Partikeln, wie sie im neuen Projekt eingesetzt werden, an dem Chemiker der Universität Jena beteiligt sind. Foto: Jan-Peter Kasper/FSU
Suspensionen mit farbigen Polysaccharid-Partikeln, wie sie im neuen Projekt eingesetzt werden, an dem Chemiker der Universität Jena beteiligt sind.
Foto: Jan-Peter Kasper/FSU

PShapes steht für „Polysaccharide bioshapes – chemical design and shaping into new biomaterials“. Finanziert wird das Projekt durch das Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft sowie den Projektträger Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V. Internationale Partner sind die Universitäten in Turku (Finnland), Maribor (Slowenien), Graz (Österreich) sowie sechs Firmen aus den beteiligten Ländern. Hinzu kommt das Thüringische Institut für Textil- und Kunststoff-Forschung e. V. in Rudolstadt. Insgesamt wurden Projektmittel in Höhe von 1,3 Millionen Euro bewilligt. Die Chemiker der Universität Jena erhalten davon 225.000 Euro.

Wie Martin Gericke erläutert, wird es bei „PShapes“ darum gehen, für holzbasierte Rohstoffe ganz neue Anwendungsfelder zu erschließen. Bereits jetzt werden Produkte auf Cellulose- und Hemicellulosebasis vielfältig eingesetzt, etwa als Zusatzstoffe in der Bauindustrie, in Lebensmitteln und Kosmetika sowie in der Papier- und Textilindustrie. „Doch diese Anwendungen haben ein eher geringes Innovationspotenzial“, sagt Gericke.

Die neuen Stoffe sollen bei vergleichsweise geringem Materialeinsatz große Wirkungen erzielen. Um die Forschungsergebnisse tatsächlich in marktreife Produkte zu überführen, sind sechs Wirtschaftsunternehmen bei „PShapes“ involviert. Die Firmen kommen aus unterschiedlichen Bereichen, es sind Zellstoffhersteller darunter, Textilverarbeiter und Biotechnologiefirmen. „Wir hoffen, so die gesamte Wertschöpfungskette abdecken zu können“, sagt Dr. Gericke. Die reiche von der Gewinnung und Veredlung holzbasierter Rohstoffe, deren großtechnischer Verarbeitung zu Massen- und Spezialartikeln etwa im Medizin- und Hygieneartikelbereich bis hin zu sehr speziellen „High-end“-Produkten in der Sensorik und Diagnostik.

Weitere Informationen:
http://www.uni-jena.de

Grundbaustein von Silikonen isoliert

Dipl.-Chem. Bernhard Baars in seinem Element. Foto: Barbara Frommann/Uni Bonn
Dipl.-Chem. Bernhard Baars in seinem Element. Foto: Barbara Frommann/Uni Bonn

Backformen, Implantate und mehr…

Backformen, Dichtungsmasse für Badfugen, Schläuche oder Implantate beim Arzt: Sie bestehen heutzutage oft aus Silikonen. Die industrielle Bedeutung dieser siliziumhaltigen Kunststoffe (Polymere), ist in den vergangenen Jahren stark gewachsen. So wie alle Kunststoffe sind auch die Silikone aus kleinen Wiederholeinheiten aufgebaut, die Silanone genannt werden. Seit einem Jahrhundert haben Forscher ohne Erfolg versucht, diese äußerst reaktionsfreudigen Grundbausteine der Silikone in Substanz zu fassen. Wissenschaftlern im Institut für Anorganische Chemie der Universität Bonn um Prof. Dr. Alexander C. Filippou ist es nun erstmals gelungen, ein Silanon zu isolieren. Die renommierte Fachzeitschrift Angewandte Chemie hat die Arbeit der Bonner Forscher nun mit zwei Veröffentlichungen gewürdigt.

Die Isolierung eines Silanons gelang dem 28-jährigen Diplom-Chemiker Bernhard Baars bei Laborversuchen mit sehr reaktiven Stoffen, die Silizium-Dreifachbindungen enthalten. Bei den Silanonen handelt es sich um Verbindungen, die über eine stark polarisierte Silizium-Sauerstoff-Doppelbindung verfügen. Die hohe Reaktionsbereitschaft dieser Bindung machte die Isolierung der Silanone in der Vergangenheit so schwer.

Daher war es bislang Wissenschaftlern lediglich möglich, die Existenz von Silanonen unter extremen Bedingungen, so zum Beispiel bei sehr niedrigen Temperaturen nachzuweisen. „Jetzt ist es erstmals gelungen, ein Silanon tatsächlich in einer Flasche abzufüllen “, erklärt Chemiker Bernhard Baars, der sich schon in seiner Diplomarbeit an der Uni Bonn mit dem Thema beschäftigte.

Dipl.-Chem. Bernhard Baars. Foto: Barbara Frommann/Uni Bonn
Dipl.-Chem. Bernhard Baars. Foto: Barbara Frommann/Uni Bonn

Durchbruch mit Metallfragmenten

Der Durchbruch gelang den Bonner Forschern nach zweijähriger Arbeit mit Metallen. So konnten sie beim Silanonaufbau (R2Si=O) den einen organischen Rest R durch ein metallhaltiges Fragment ersetzen und so die gesamte Verbindung stabilisieren. „Das ist uns in ähnlicher Weise schon mit anderen reaktiven Verbindungen gelungen“, sagt Baars.

Die Gruppe um den Bonner Universitätsprofessor Filippou befasst sich nun mit der weiteren Erforschung dieser Verbindungen. Aus ihrer Sicht steckt in den Silanonen ein großes synthetisches Potenzial, zumal die darin vorkommenden Stoffe Silizium und Sauerstoff zu den beiden häufigsten Elementen der Erdkruste gehören. Nun wird auch ein direkter Vergleich mit den analogen Kohlenstoffverbindungen, den Ketonen möglich sein, welche für die Industrie ebenfalls von Bedeutung sind und beispielsweise als Riechstoffe in Kosmetika oder in Kunststoffen (Plexiglas) enthalten sind. „Zunächst einmal geht es zunächst darum, die Reaktivität der Silanone näher zu untersuchen“, so Baars. Möglicherweise ließen sich aufgrund der Erkenntnisse neue Materialien herstellen oder die Eigenschaften bestehender Stoffe könnten verbessert werden.

Publikation: A. C. Filippou, B. Baars, O. Chernov, Y. N. Lebedev, G. Schnakenburg, Angewandte Chemie 2014, 126, 576.
Highlight: S. S. Sen, Angewandte Chemie 2014, 126, 8964.

Quelle/Text/Redaktion: www.uni-bonn.de

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