Britische Forscher entwickeln elastisches Material, das durch schnelles Rühren flüssig wird - Anwendung als Biosensoren denkbar

Gel aus Flüssigkristallen

Edinburgh (Großbritannien) - In Computerbildschirmen sind Flüssigkristalle für die gestochen scharfen Bilder verantwortlich. Doch diese Substanzen, die sowohl flüssig sind, als auch eine gewisse innere Ordnung zeigen, können mehr. So schufen nun Forscher mit einer Beimischung von festen Kunststoff-Partikeln eine Art Gel, das bei Raumtemperatur elastisch formbar ist, aber beim schnellen Rühren oder leichtem Erwärmen flüssig wird. Mit spektroskopischen Methoden und Computersimulationen gingen sie dem inneren Aufbau dieser Substanz auf den Grund und berichten über ihre Ergebnisse in der Zeitschrift "Science".

"Was wir entdeckt haben, kann als eine neue Version des Glaszustands betrachtet werden", sagt Wilson Poon von der University of Edinburgh. Zusammen mit seiner Arbeitsgruppe wählte er ein im Handel verfügbares Flüssigkristall (5 CB) und vermischte es mit winzigen Plastik-Kügelchen (Polymethylmethacrylat, PMMA). Nach und nach steigerten sie den Anteil der zugefügten Polymer-Partikel auf etwa 50 Prozent. Bereits ab etwa zehn Prozent entstand ein Gel, das bei weiterer Partikelzugabe an Festigkeit zunahm.

Dieses Gel zeigte sich sehr stabil mit verblüffenden Eigenschaften. So verflüssigte sich die elastische Substanz durch schnelles Rühren mit 200 Umdrehungen pro Sekunde. Wurde der Rührer wieder abgeschaltet, verfestigte sich das Gel binnen einiger Sekunden wieder. Das gleiche Verhalten konnten Poon und Kollegen auch durch leichtes Erwärmen und Abkühlen erreichen. Doch darf dieser Vorgang trotz seiner Ähnlichkeit nicht mit dem Schmelzen beispielsweise von Eiskristallen verwechselt werden.

Denn genauere Analysen dieses Flüssigkristall-Gels mit Mikroskopen und Computersimulationen zeigten, dass der innere Aufbau nicht streng geordnet war, sondern eher an Gläser erinnerte. So dockten die Plastikkügelchen gleichmäßig verteilt an die langen Flüssigkristall-Moleküle an. Dabei ordneten sich die Kügelchen in mehr oder weniger regelmäßigen Abständen ringförmig um die Flüssigkristalle an. Insgesamt blieb die glasartige, ungeordnete Verteilung der Partikel vorherrschend. Symmetrisch geordnete Kristallstrukturen konnten weder beobachtet noch simuliert werden.

Poon und Kollegen wollen nun die genauen Prozesse innerhalb ihres neuen Gels genauer untersuchen. Sie versprechen sich neue Erkenntnisse über den Übergang einer Flüssigkeit zu einem festeren, glasartigen Zustand, der von Festkörperforschern noch immer nicht vollständig geklärt werden konnte. Aber auch konkrete Anwendungen hält Poon für möglich. Denn Flüssigkristalle eignen sich prinzipiell als Biosensor, doch der Einsatz wird durch ihren flüssigen Zustand erschwert. Das neue Gel weise nun genug Festigkeit und Elastizität auf, um als Unterlage für Zellkulturen zu dienen.