Neuartige Polymere unterstützen MRI-Scans
Die Magnetresonanztomografie (MRT) ermöglicht die Betrachtung dünner "Scheiben" von Gewebe und somit eingriffsfreie Diagnosen vieler Krankheiten auf Basis struktureller Anomalien. Kontrastmittel wie paramagnetisches Gadolinium (III) oder Gd(III), die zur Verstärkung der Unterschiede zwischen verschiedenen Gewebearten eingesetzt werden, haben eine entscheidende Rolle bei der erfolgreichen Anwendung der Magnetresonanztomografie gespielt. Mit der Entwicklung supramolekularer Komplexe auf Grundlage selbstorganisierender chelatbildender Gd(III)-Molekulareinheiten könnten die Vorteile von Derivaten mit niedrigem und hohem Molekulargewicht kombiniert werden. Während die Selbstorganisation linearer Moleküle zu sphärischen oder zylindrischen Strukturen bereits intensiv untersucht wurde, ist deren Ausdehnung auf die Selbstorganisation eindimensionaler Arrays wie etwa stabförmiger Superpolymere eher selten. Die Konstruktion wasserverträglicher, selbstorganisiernder nanokleiner Objekte bei hervorragender Steuerung von Größe, Form und Funktionalisierung der Merkmale hat entscheidende Bedeutung für die Entwicklung neuartiger Nanomaterialien für Magnetresonanztomografie-Kontrastmittel. Europäische Forscher initiierten deshalb das Sahnmat-Projekt ("Self-assembly of helical functional nanomaterials") und wollten Verfahren entwickeln, mit denen das Wachstum wässriger eindimensionaler supramolekularer Polymere zu steuern ist, die möglicherweise Einsatz in der Elektronik, Sensorik und auf dem Gebiet der regenerativen Medizin finden können. Die Wissenschaftler wandten sich der Natur und den Selbstorganisationsprinzipien biologischer Systeme wie etwa der Phospholipiddoppelschicht der Zellmembran zu, die durch hydrophile (relativ geladen oder "wasserliebend") und hydrophobe (unpolar oder neutral, "wassermeidend") Interaktionen zwischen den Molekülen gekennzeichnet ist. Die selbstorganisierende molekulare Einheit basierte auf einem symmetrischen Kern (C3 symmetrisches Benzol-1,3,5-tricarboxamid), der die eindimensionale Selbstorganisation zu Helices (ähnlich wie ausgestreckte Federn) ausrichtete, die aus Stapeln scheibenförmiger Moleküle bestehen. Diese Struktur wurde modifiziert, um im Kern eine hydrophobe Tasche zu erzeugen. Eine Veränderung des Gleichgewichts nichtkovalenter Anziehungskräfte innerhalb des hydrophoben Kerns und elektrostatische Abstoßungskräfte am hydrophilen Rand realisierten einen Schalter von länglichen, stabförmigen Baugruppen hin zu kleinen diskreten Strukturen. Weiterführende spektroskopische Experimente ermöglichten eine Korrelation der Wachstumsmechanismen mit der Morphologie der erzeugten Strukturen. Die Wissenschaftler des Sahnmat-Teams demonstrierten eine einzigartige Methode gerichteter Selbstorganisation supramolekularer Polymere in Wasser, die durch Wechselwirkungen zwischen elektrisch geladenen Teilchen gesteuert wird. Diese Polymere - vielversprechende Bausteine von Kontrastmitteln für die Magnetresonanztomografie - könnte bedeutende Auswirkungen auf die Zukunft der molekularen Bildgebung haben.
