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Von wegen kleiner Flitzer

Große Partikel diffundieren gelegentlich schneller als gedacht

Jülich, 27. April 2017 - Je kleiner das Objekt, desto flotter zerstreut es sich in seiner Umgebung. Man denke etwa an feine Sandkörner und grobe Schottersteine im Fluss oder die Krümel und das Brot auf dem Küchentisch. Das gleiche Verhalten zeigen auch mikroskopisch kleine Partikel, die sich – angeregt durch die umgebenden Moleküle – mit der Zeit im Raum verteilen. Albert Einstein konnte bereits 1905 den theoretischen Nachweis erbringen, dass sich die Geschwindigkeit dieser sogenannten Brownschen Bewegung umgekehrt proportional zum Radius eines Teilchens, also zu dessen Größe, verhält. Wissenschaftler des Forschungszentrums Jülich, der KU Leuven und des Forschungszentrums CRPP in Bordeaux haben nun eine Ausnahme von dieser Regel gefunden. In ihren Experimenten verwendeten sie ein lamellenartiges System, in dem die großen Partikel beweglicher sind als die kleinen.

Die Forscher nutzten für ihre Arbeit maßgeschneiderte Viren: viele kurze und einige wenige lange Viren, deren Bewegung sich sehr gut unter dem Fluoreszensmikroskop nachverfolgen lässt. Bei hohen Konzentrationen ordnen sich die kurzen Stäbchen zu einer Kristallstruktur in parallelen Schichten an. Messungen zeigten, dass sich die Kraft, welche die kurzen Stäbchen in Schichten ordnet, nur sehr viel schwächer auf die längeren Stäbchen auswirkt. Diese haben mehr Freiraum und bewegen sich schneller fort als die kürzeren Viren.

Die erstaunliche Mobilität geht auf einen Effekt zurück, der von vielen Parkplätzen bekannt ist: Übergroße Fahrzeuge verschaffen sich gelegentlich selbst mehr Platz, indem sie gleich mehrere Parkplätze belegen. Analog verhält es sich auch mit den überlangen Viren, die sich über mehrere Plätze in der bestehenden Schichtstruktur erstrecken. Die Erkenntnisse sind möglicherweise auch von praktischem Nutzen. Sie könnten langfristig dazu führen, schnell diffundierende Moleküle für mögliche Anwendungen in der Zellbiologie und Arzneimittel zu entwickeln, schätzen die Forscher.

Video

CarsAnalogie: übergroße Fahrzeuge sind beweglicher als kleine, weil sie gleich mehrere Plätze belegen.
Copyright: Forschungszentrum Jülich / Pavlik Lettinga

Originalpublikation:

Fast Diffusion of Long Guest Rods in a Lamellar Phase of Short Host Particles
Laura Alvarez, M. Paul Lettinga, Eric Grelet
Phys. Rev. Lett. (published 25 April 2017), DOI: 10.1103/PhysRevLett.118.178002

Supplemental Material mit Videos von Tracer-Partikeln unter dem Fluoreszensmikroskop

Ansprechpartner:

Prof. Dr. Pavlik Lettinga
Institute of Complex Systems, Weiche Materie (ICS-3)
Tel. +49 2461 61-4515
E-Mail: p.lettinga@fz-juelich.de

Pressekontakt:

Tobias Schlößer
Pressereferent, Forschungszentrum Jülich
Tel.: +49 2461 61-4771
E-Mail: t.schloesser@fz-juelich.de

Angela Wenzik
Wissenschaftsjournalistin, Forschungszentrum Jülich
Tel.: +49 2461 61-6048
E-Mail: a.wenzik@fz-juelich.de


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