Ihre Entdeckung vor rund 20 Jahren war reiner Zufall. Unter dem Mikroskop machten Wissenschaftler nanometerkleine Bl\u00e4schen aus, die sich in Fl\u00fcssigkeiten entlang von Oberfl\u00e4chen bilden \u2013 \u00e4hnlich den Luftblasen an der Wand eines Wasserglases. Was die Wissenschaftler stutzig machte: Entgegen aller Annahmen und physikalischer Gesetze l\u00f6sen sich Oberfl\u00e4chen-Nanoblasen nicht sofort auf, sondern bleiben \u00fcber mehrere Tage stabil. Eine Eigenschaft, die die mit Gas gef\u00fcllten Bl\u00e4schen f\u00fcr zahlreiche Anwendungsbereiche interessant macht \u2013 von der Medizin, \u00fcber Reinigungsverfahren bis hin zu Umwelttechniken. WissenschaftlerInnen der Universit\u00e4t Siegen haben jetzt die bisher umfangreichste experimentelle Untersuchung zur Identifizierung von Oberfl\u00e4chen-Nanoblasen vorgelegt. Sie haben au\u00dferdem einen Weg gefunden, gasgef\u00fcllte Nanoblasen von anderen Kleinstteilchen und -tr\u00f6pfchen, die durch Verunreinigungen verursacht werden, zu unterscheiden.<\/p>\n
\u201eOberfl\u00e4chen-Nanoblasen lassen sich zum Beispiel sehr leicht mit Nano-\u00d6ltr\u00f6pfchen verwechseln, die ungewollt bei Experimenten durch mit Silikon-\u00d6l beschichtete Spritzen ins Wasser gelangen k\u00f6nnen. Bei der Untersuchung dieser winzigen Einheiten wussten wir daher bisher h\u00e4ufig gar nicht genau, was wir eigentlich unter dem Mikroskop hatten\u201c, sagt Chemiker Prof. Dr. Holger Sch\u00f6nherr, der die Studie mit seiner Arbeitsgruppe \u201ePhysikalische Chemie I\u201c umgesetzt hat. Um die Nanoblasen in gro\u00dfem Stil f\u00fcr Anwendungen nutzen zu k\u00f6nnen, sei es jedoch wichtig, sie zu identifizieren und auch ihre Eigenschaften genau zu kennen. \u201eIn diesem Punkt sind wir durch unsere Experimente einen gro\u00dfen Schritt weitergekommen. Wir befinden uns derzeit am \u00dcbergang von der Grundlagenforschung hin zur gezielten Anwendung\u201c, erkl\u00e4rt Prof. Sch\u00f6nherr, zugleich Dekan der Naturwissenschaftlich-Technischen Fakult\u00e4t der Universit\u00e4t Siegen.<\/p>\n
In der Medizin k\u00f6nnten Nanobl\u00e4schen zum Beispiel als Ultraschallkontrastmittel eingesetzt werden, um Krebsgewebe besser und mit mehr Detail als bisher sichtbar zu machen. Auch f\u00fcr die Krebstherapie sind die winzigen Einheiten von Nutzen: mit ihnen k\u00f6nnte die richtige Dosierung von bestimmten neuartigen Strahlenquellen zur Bek\u00e4mpfung von Tumoren genauer und vor allem w\u00e4hrend der Behandlung in Echtzeit bestimmt werden, was bisher nicht m\u00f6glich ist. Im Zusammenhang mit Reinigungsprozessen helfen Nanobl\u00e4schen, Verunreinigungen von wertvollen Bestandteilen zu trennen. Dazu werden bereits gro\u00dfe Gasblasen bei der Erz-Aufreinigung genutzt. Nanoblasen k\u00f6nnten k\u00fcnftig zum Beispiel auch zur Reinigung von Abwasser oder von Halbleiterbauteilen eingesetzt werden. Dar\u00fcber hinaus wurden in empirischen Studien positive Effekte von vermuteten Sauerstoffnanoblasen auf das Pflanzen- und Tierwachstum beobachtet \u2013 ein m\u00f6glicher Ansatzpunkt zur Linderung der globalen Nahrungsmittelknappheit, hofft Sch\u00f6nherr.<\/p>\n
Um die Oberfl\u00e4chen-Nanobl\u00e4schen zu untersuchen, haben Prof. Sch\u00f6nherr und sein Team in den Laboren der Universit\u00e4t Siegen zwei verschiedene Mikroskopie-Techniken miteinander kombiniert: Ein spezielles Rasterkraft-Mikroskop (atomic force microscope, AFM), das Oberfl\u00e4chen mit Hilfe einer wenige Nanometer gro\u00dfen Spitze abtastet und somit die Gr\u00f6\u00dfe der Nanoblasen bestimmen kann, sowie die sogenannte Fluoreszenzlebensdauer-Mikroskopie. Dabei wird das Wasser mit Spuren eines speziellen Farbstoffs versetzt, der sich an Oberfl\u00e4chen anheftet und \u2013 je nach chemischer und physikalischer Beschaffenheit der jeweiligen Oberfl\u00e4che \u2013 unterschiedlich verh\u00e4lt. \u201eDie Fluoreszenzlebensdauer des Farbstoffs \u2013 also quasi die Zeitspanne, w\u00e4hrend der der Farbstoff nach Anregung leuchtet \u2013 verr\u00e4t uns die Beschaffenheit der Umgebung der Farbstoffmolek\u00fcle und somit die Beschaffenheit der Nanoteilchen im Wasser\u201c, sagt Prof. Sch\u00f6nherr. Die WissenschaftlerInnen konnten so erstmals zweifelsfrei erkennen, ob es sich bei den im AFM beobachteten Teilchen tats\u00e4chlich um gasgef\u00fcllte Nanoblasen handelt \u2013 oder um winzige Silikon-\u00d6ltr\u00f6pfchen.<\/p>\n
Mehrere Jahre haben die Siegener WissenschaftlerInnen mit Oberfl\u00e4chen-Nanoblasen experimentiert, sie mit AFM und dem neu entwickelten kombinierten Verfahren untersucht, die Ergebnisse ausgewertet und miteinander abgeglichen. \u201eEs war uns wichtig, eine gro\u00dfe Datenmenge zu haben, um valide Aussagen treffen zu k\u00f6nnen. Bei Abweichungen haben wir die Experimente sehr oft wiederholt, um genauere Referenzwerte zu erhalten\u201c, sagt Prof. Sch\u00f6nherr. Die Ergebnisse der Arbeitsgruppe wurden k\u00fcrzlich im\u00a0\u201eJournal of Colloid and Interface Science\u201c\u00a0<\/a>ver\u00f6ffentlicht. Das internationale Forschungsmagazin hat der Siegener Studie sogar eine komplette\u00a0Titelseite gewidmet.<\/p>\n