11.07.2013 - Nanyang Technological University

Gerührt, nicht geschüttelt

Magnetrührstäbchen im Nanomaßstab

Wer schon mal in einem Labor gearbeitet hat, kennt sie: Magnetrührer, mit deren Hilfe magnetische Stäbchen in einer Flüssigkeit zum Rotieren gebracht werden und diese so rühren. Die Stäbchen, im Laborjargon als Rührfische bezeichnet, gibt es in vielen verschiedenen Größen – und nun auch im Nanomaßstab: Singapurer Forscher stellen Ketten aus 40 nm kleinen Eisenoxidpartikeln vor, die als weltkleinste Magnetrührfische Pikoliter-Emulsionstropfen effektiv mit einem kommerziellen Magnetrührer mischen können.

Für chemische und biologische Experimente ist effektives Durchmischen essenziell, meist mit von Magnetrührern und Rührfischen. Dies funktioniert allerdings nicht in den winzigen Kanälchen und Tröpfchen von Lab-on-Chip-Methoden und bei Mikroliter-Versuchen der Biowissenschaften. Auf dem Wunschzettel stehen daher kostengünstige Rührstäbchen, die klein genug, dabei aber immer noch in der Lage sind, die externe magnetische Energie aufzunehmen und effizient in eine Durchmischung der winzigen Volumina zu übersetzen.

Das Problem ist die geringe Größe bisheriger Mikro-Stäbchen: Sie sind zu groß, um suspendiert zu bleiben, denn sie werden aufgrund der Schwerkraft sowie der magnetischen Anziehung an den Boden des Gefäßes gezogen. Gleichzeitig sind sie zu klein, um die Flüssigkeit vollständig vom Boden aus zu rühren, was bei makroskopischen Rührfischen funktioniert. Der Haupteil bleibt unvermischt.

Das Team um Hongyu Chen von der Nanyang Technological University in Singapur hat nun eine Lösung für das Problem gefunden: winzige mit Siliziumdioxid ummantelte Stäbchen aus aneinander gereihten Eisenoxid-Nanopartikeln. Die Herstellung ist einfach. 40 nm große magnetische Eisenoxid-Nanopartikel werden mit Ölsäure stabilisiert, mit Zitronensäure modifiziert, um sie wasserlöslich zu machen, und in einer Wasser-Propanol-Mischung dispergiert. Nach Zugabe einer siliziumorganischen Verbindung sowie Ammoniak wird das Reaktionsgefäß in der Nähe eines Magneten einfach über Nacht stehen gelassen und die Stäbchen dann abzentrifugiert.

Über die Dicke der Siliziumschicht lässt sich die Breite der Stäbchen zwischen 75 nm und 1,4 µm einstellen, die Länge kann bis zu 17 µm betragen. Die Stäbchen sind damit so klein, dass sie in der Lösung suspendiert bleiben. Zugabe einer großen Zahl an Stäbchen stellt sicher, dass die gesamte Flüssigkeit gerührt wird. Die einzelnen Stäbchen bewegen sich im Magnetfeld einer konventionellen Magnetrührplatte unabhängig voneinander. So lassen sich sogar Tröpfchen von wenigen Pikolitern noch gut durchmischen.

Die Nano-Rührfischchen lassen sich einfach wieder entfernen. Dazu gibt man die Tröpfchen auf die Oberfläche eines starken Magneten, der in Plastikfolie gewickelt wurde. Das Magnetfeld zieht die winzigen Stäbchen dann nach und nach an den Boden der Tröpfchen. Der Tropfen lässt sich anschließend mit einer Pipette aufnehmen.

Fakten, Hintergründe, Dossiers
  • Nanyang Technologic…
  • Rührstäbchen
  • Magnetrührstäbchen
  • Ammoniak
Mehr über Nanyang Technological University
Mehr über Wiley-VCH
  • News

    Sensor für virale RNA

    Schon kleinste Mengen eines Virus können Schlimmes anrichten. Welcher Virustyp gewütet hat, kann eine RNA-Analyse ermitteln. In der Zeitschrift Angewandte Chemie haben nun Wissenschaftler aus Deutschland und Finnland eine schnelle und empfindliche optische Nachweismethode von RNA-Sequenzen ... mehr

    Intelligente Fluoreszenzfarbstoffe

    Die größte Schwierigkeit bei der Entwicklung von Fluoreszenz- und Phosphoreszenzfarbstoffen liegt in der exakten Einstellung der angeregten Elektronenzustände. Wissenschaftler in Japan haben nun ein organisches Lumineszenzsystem mit einem ungewöhnlichen reizresponsiven Farbumschlag entwicke ... mehr

    Direkte Radiomarkierung von Nanomaterialien

    Durch Positronen-Emissions-Tomographie lassen sich Verteilung und Anreicherung von radionuklidmarkierten Nanopartikeln in Tumorgewebe sehr gut nachweisen. Das radioaktive Metall wird dabei durch einen Anker, einen sogenannten Chelator, an das Nanoteilchen gebunden. Diese chemische Verknüpfu ... mehr