DE19905792A1 - Verfahren zur reversiblen lokalen Anordnung von definiert ausgerichteten Molekülsequenzen eines Polymermaterials - Google Patents
Verfahren zur reversiblen lokalen Anordnung von definiert ausgerichteten Molekülsequenzen eines PolymermaterialsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur reversiblen lokalen Anordnung von definiert
ausgerichteten Molekülsequenzen eines Polymermaterials. Anwendungen dieser
oberflächenaktiven Materialien liegen vor allem bei der Herstellung elektronischer Bauteile, in
der Optik und als Vorlage in der Druckerei.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten
Art derart weiterzuentwickeln, daß definiert ausgerichtete Molekülsequenzen eines
Polymermaterials in ihrer lokalen Anordnung reversibel verändert werden können. Damit ließe
sich im Grunde die Änderung von makroskopischen Oberflächeneigenschaften, wie z. B.
Benetzungsverhalten, Oberflächenenergie oder optisches Verhalten auf die mikroskopische
Änderung definiert ausgerichteter Molekülsequenzen in einer Grenzschicht zwischen zwei
Medien, insbesondere zwischen einem Feststoff und einer flüssigen bzw. gasförmigen Phase,
zurückführen.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, daß
die Molekülsequenzen zumindest in ihrem Endbereich mit Akzeptoren versehen werden und
daß zwischen diesen Akzeptoren und ihnen zugeordneten, stationären Sekundärakzeptoren ein
definiert steuerbares Kraftfeld erzeugt wird.
Der Erfindung liegt das Prinzip zugrunde, daß bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen
Art die mikroskopische Änderung definiert ausgerichteter Molekülsequenzen in einer
Grenzschicht zwischen zwei Medien durch ein Kraftfeld bewirkt wird und daß dieses
Kraftfeld durch makroskopische Änderung der physikalischen und/oder chemischen
Eigenschaften des Grenzmediums induziert wird. Ein derartiges Grenzmedium wird im
folgenden als Sekundärakzeptor bezeichnet.
Erfindungsgemäß eignen sich als Molekülsequenzen solche Sequenzen die sich infolge einer
inneren Triebkraft an einem Sekundärakzeptor anordnen. Es hat sich gezeigt, daß nur solche
die Molekülsequenzen müssen sich in einem translativ stationären Zustand befinden. Neben der
Stationarität ist erfindungsgemäß die konstante Ausrichtung der Molekülsequenzen am
Sekundärakzeptor essentiell. In diesen Fällen kann die translative Stationarität durch kovalente
Bindung zwischen der Molekülsequenz und der Oberfläche des Sekundärakzeptors erfolgen.
Entsprechende Verfahren entsprechen dem Stand der Technik und sind dem Fachmann z. B. aus
Whitesides Patent bekannt.
Es hat sich gezeigt, daß durch die Ausrüstung von Molekülsequenzen mit chemischen
Gruppen, sogenannten Aktzeptoren, die Molekülsequenzen trotz ihrer translativen
Stationarität hinsichtlich ihrer räumlichen Anordnung definiert veränderbar werden.
Erfindungsgemäß sind dabei nur solche chemische Gruppen als Akzeptoren zu verwenden, die
mit dem Sekundärakzeptor unter Ausbildung eines definiert regelbaren Kraftfeldes in
Wechselwirkung treten können.
Überraschend hat sich gezeigt, daß Aktzeptoren mit paramagnetischen Eigenschaften
besonders gut als Aktzeptoren geeignet sind paramagnetische Subs.
Insbesondere ist vorgesehen, diese paramagnetischen Substanzen als Komplexe an den
Molekülsequenzen - und zwar insbesondere im Endbereich der Molekülsequenzen - zu
fixieren. Dies kann insbesondere durch Cyclodextrine und/oder durch Chelatbildner wie
Hydroxycarbonsäuren, -ketonen und -aldehyden und ihren Analogen; hierher gehören auch
enolisierbare 1,3-Diketone wie Acetylaceton (2,4-Pentandion), Polyoxycarbonsäuren,
Polyammen, Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA), Nitrilotriessigsäure (NTA) u. a.
Desweiteren ist auch die Verwendung polymerer Chelatbildner möglich. Sie enthalten
entsprechende chelatisierende funktionelle Gruppen in kovalenter Bindung an Polymere, die
unvernetzt od. vernetzt sein können. Die Komplexbildung dieser Gruppen mit Metallionen
kann sowohl intra- als auch intermolekular erfolgen. Komplexierende Gruppen (Liganden)
polymerer Chelatbildner sind Iminodiessigsäure-, Hydroxychinolin-, Thioharnstoff-,
Guanidin-, Dithiocarbamat-, Hydroxamsäure-, Amidoxim-, Aminophosphorsäure-,
Polyamino-, Mercapto-, 1,3-Dicarbonyl- u. Kronenether-Reste. Auch nicht modifizierte
natürliche Polymere, z. B. Huminsäuren sind denkbar. Darüberhinaus kann die Fixierung der
paramagnetischen Substanzen auch durch Anbindung von Proteinen bzw. Enzymen, die
paramagnetische Substanzen enthalten, erfolgen. In Abhängigkeit von der jeweils verwendeten
paramagnetischen Substanz kann aber auch eine Anbindung durch stabile ionogene Bindung
hinreichend sein.
Korrespondierende Sekundärakzeptoren sind in diesen Fällen Metalle oder auch
polymerbeschichtete Metalle, die sich reversibel magnetisieren lassen. In einem wesentlichen
Merkmal der Erfindung erfolgt diese Magnetisierung durch ein äußeres elektrisches oder
magnetisches Feld. Die Sekundärakzeptoren sind in diesem Fall in einer Art Elektromagnet
ausgeführt.
Überraschend hat sich gezeigt, daß ferromagnetische Sekundärakzeptoren besonders gut zur
Regelung oben beschriebener Aktzeptoren mit paramagnetischen Eigenschaften geeignet sind,
sofern ihre Curie-Temperatur in einem Temperaturbereich zwischen 0 und 80°C,
insbesondere aber zwischen 15 und 40°C liegen.
Auch die Verwendung von diamagnetischen Aktzeptoren ist erfindungsgemäß möglich. Dann
wird im Falle der einsetzenden Magentisierung des Sekundärakzeptors ein definiert regelbares
Kraftfeld induziert, welches zu einer Abstoßung der Aktzeptoren und somit zu einer steifen
Ausrichtung der Molekülsequenzen führt. Die Anbindung der diamagnetischen Aktzeptoren
sowie die prinzipielle Gestaltung des korrespondierenden Sekundärakzeptors kann in Analogie
zu der bei den paramagnetischen Aktzeptoren beschriebenen Ausführungsweise erfolgen.
Es hat sich außerdem gezeigt, daß anionische chemische Gruppen wie Silikat-, Nitrat-, Nitrit-,
Sulfid-, Carboxylat-, Sulfonat-, Sulfat-, Hydrogensulfat-, Phosphat-, Hydrogenphosphat- oder
Metallatgruppen (z. B. Chromat-, Manganat- oder Molybdatgruppen) als Akzeptoren geeignet
sind. Andererseits entsprechen aber auch kationische chemische Gruppen, wie z. B.
Ammoniumgruppen erfindungsgemäß dem Charkter eines Aktzeptors. Bei dieser Gruppe von
Aktzeptoren erfolgt die reversible Änderung der Anordnung der Molekülsequenzen durch
Änderung eines elektrostatischen Kraftfeldes. Als Sekundärakzeptoren sind in diesem Falle
erfindungsgemäß Metalle besonders gut geeignet, da sich deren Oberfläche durch Anlegung
einer Spannung zwischen einem kationischen und anionischen Zustand reversibel umschalten
läßt. Dies bedingt dann ein elektrostatisches Kraftfeld, daß die Anziehung bzw. Abstoßung der
Aktzeptoren bewirkt. Die Folge ist eine reversibele Änderung in der Anordnung der.
Erfindungsgemäß ist aber allgemein die Verwendung von elektrisch leitenden Substanzen als
Sekundärakzeptoren vorgsehen. Insbesondere elektrisch leitende Polymere sind aufgrund ihrer
mechanischen Eigenschaften und ihren vielfachen Modifizierungsmöglichkeiten geeignet, so
z. B. trans- und cis-Polyacetylen, Polypyrrol, Polythiophen, Polyphenylen,
Polyphenylenvinylen, Polypyridin, Polypyridinvinylen, Polyanilin oder Polyheptadiin.
Ähnlich wie bei der Verwendung von Metallen als Sekundärakzeptoren wird auch hier durch
Anlegung einer Spannung zwischen einem kationischen und anionischen Zustand reversibel
umgeschaltet.
Auch sind erfindungsgemäß Elektronentransferpolymere als Sekundärakzeptoren einsetzbar.
Dabei kann man die Sekundärakzeptoren formal in eine Matrix und eine Redoxfunktion
unterteilen. Die Redoxfunktion kann sowohl organischem als auch anorganischem Ursprung
sein. Die Anbindung der Redoxfunktion erfolgt durch kovalente, ionogene oder adsorptive
Bindung. Im einfachsten Falle stellt die Redoxfunktion ein reversibel oxidier- und reduzierbares
Metallion dar, welches unkomplixiert oder durch Ferrocen-, Bipyridin- oder Cyanogruppen
komplexiert wird. Aber auch Polymere, die z. B. Thiol-/Disulfideinheiten enthalten,
Polyquinone, N-Halogenhaltige Polymere, Polyvinylpyridiniumdichromat oder Redoxenzyme
sind als Sekundäraktzeptoren geeignet.
Claims (20)
1. Verfahren zur reversiblen lokalen Anordnung von definiert ausgerichteten
Molekülsequenzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Molekülsequenzen zumindest in
ihrem Endbereich mit Akzeptoren versehen werden und daß zwischen diesen Akzeptoren
und ihnen zugeordneten, stationären Sekundärakzeptoren ein definiert steuerbares Kraftfeld
erzeugt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Molekülsequenzen zumindest
aus einem hydrophilen und einem hydrophoben Abschnitt bestehen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Molekülsequenzen
zumindest aus einem lyophilen und/oder einem lyophoben Abschnitt bestehen.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Akzeptoren
ein magnetisches Potential besitzen und daß zwischen diesen Akzeptoren und ihnen
zugeordneten, stationären Sekundärakzeptoren ein definiert steuerbares magnetisches
Kraftfeld erzeugt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Akzeptoren paramagnetisch
sind.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Akzeptoren ferromagnetisch
sind.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Akzeptoren
ein magnetisches Potential besitzen und daß das Kraftfeld zwischen diesen Akzeptoren und
ihnen zugeordneten, stationären Sekundärakzeptoren durch Änderung der Temperatur der
Akzeptoren und/oder der Sekundärakzeptoren definiert steuerbar ist.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die definierte Steuerung des
magnetischen Kraftfeldes durch Temperaturänderung erfolgt, bei der die Curie-Temperatur
der Akzeptoren und/oder der Sekundärakzeptoren passiert wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Akzeptoren
ein elektrisches Potential besitzen und daß zwischen diesen Akzeptoren und ihnen
zugeordneten, stationären Sekundärakzeptoren ein definiert steuerbares elektrisches
Kraftfeld erzeugt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Akzeptoren
ein elektrisches Potential besitzen und daß das Kraftfeld zwischen diesen Akzeptoren und
ihnen zugeordneten, stationären Sekundärakzeptoren durch Einstrahlung elektro
magnetischer Wellen definiert steuerbar ist.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die definierte Steuerung des
elektrischen Kraftfeldes durch Einstrahlung elektromagnetischer Wellen mit Wellenlängen
erfolgt, bei der die die Akzeptoren und/oder die Sekundärakzeptoren elektroluminiszente
Eigenschaften besitzen.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den
Akzeptoren um Carboxylat-, Sulfonat-, Sulfat-, Silikat-, Nitrat-, Nitrit-, Phosphat-,
Hydrogenphosphat- und/oder Sulfidgruppen handelt.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den
Akzeptoren um Ammoniumgruppen handelt.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den
stationären Sekundärakzeptoren um ein Metall handelt.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den
stationären Sekundärakzeptoren um ein elektrisch leitendes Polymer handelt.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den
stationären Sekundärakzeptoren um ein Elektronentransferpolymer handelt.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den
definiert ausgerichteten Molekülsequenzen und den stationären Sekundärakzeptoren eine
stabile Verbindung in Form einer chemischen Bindung besteht.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die definiert
ausgerichteten Molekülsequenzen an der Grenze zwischen zwei Medien erfolgt ohne daß
notwendigerweise eine stabile Verbindung in Form einer chemischen Bindung zu den
stationären Sekundärakzeptoren besteht.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung
der definiert ausgerichteten Molekülsequenzen an der Grenzfläche zum Sekundärakzeptor
einem definierten Muster folgt, welches einen Abstand zwischen den molekularen Schaltern
zuläßt, der im Bereich der Längsausdehnung definiert ausgerichteten Molekülsequenzen.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die lokalen Anordnung der
definiert ausgerichteten Molekülsequenzen an der Grenzfläche zum Sekundärakzeptor in
Bahnen erfolgt und daß der Abstand zwischen, zwei Bahnen im Bereich der
Längsausdehnung der definiert ausgerichteten Molekülsequenzen liegt.
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Publications (1)
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|---|---|
| DE19905792A1 true DE19905792A1 (de) | 2000-08-17 |
Family
ID=7897236
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE1999105792 Withdrawn DE19905792A1 (de) | 1999-02-12 | 1999-02-12 | Verfahren zur reversiblen lokalen Anordnung von definiert ausgerichteten Molekülsequenzen eines Polymermaterials |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE19905792A1 (de) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7020355B2 (en) | 2001-11-02 | 2006-03-28 | Massachusetts Institute Of Technology | Switchable surfaces |
| DE102008032829A1 (de) * | 2008-07-03 | 2010-02-04 | Technische Universität Dresden | Verfahren zur Beeinflussung und Regelung von Biotransformationsprozessen mittels elektrisch polarer Kristalle |
-
1999
- 1999-02-12 DE DE1999105792 patent/DE19905792A1/de not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7020355B2 (en) | 2001-11-02 | 2006-03-28 | Massachusetts Institute Of Technology | Switchable surfaces |
| US7648739B2 (en) | 2001-11-02 | 2010-01-19 | Massachusetts Institute Of Technology | Switchable surfaces |
| DE102008032829A1 (de) * | 2008-07-03 | 2010-02-04 | Technische Universität Dresden | Verfahren zur Beeinflussung und Regelung von Biotransformationsprozessen mittels elektrisch polarer Kristalle |
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