Erlangen

FAU-Forscher entdeckten neue molekulare Käfige für Metall-Ionen

Erlangen — Auf dem Weg zur Medikamententherapie durch die Haut? Metall-Ionen wie Lithium-Ionen oder Natrium-Ionen sind Bestandteil von vielen Stoffen des täglichen Lebens, vom Koch...
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Einer der neuartigen molekularen Käfige, so wie er von der Nürnberger Silberschmiedin Anne Fischer nachgebaut wurde.  Foto: FAU
Einer der neuartigen molekularen Käfige, so wie er von der Nürnberger Silberschmiedin Anne Fischer nachgebaut wurde. Foto: FAU
Erlangen — Auf dem Weg zur Medikamententherapie durch die Haut? Metall-Ionen wie Lithium-Ionen oder Natrium-Ionen sind Bestandteil von vielen Stoffen des täglichen Lebens, vom Kochsalz über den Lithium-Ionen-Akku bis hin zu Arzneimitteln wie dem Entzündungshemmer Voltaren oder dem Blutverdünner Heparin. Um sie jedoch nutzbar zu machen - beispielsweise für medizinische Zwecke - werden sie häufig in eine Art Molekül-Käfig eingeschlossen. Einem Forscherteam der FAU ist es nun gelungen, eine neue Klasse solcher Käfige herzustellen, die sich unter anderem auf Knopfdruck zersetzen lassen und das Ion freigeben. Damit könnte es beispielsweise gelingen, Medikamente durch die Haut zu schleusen und dafür zu sorgen, dass sie erst im Körper ihre Wirkung entfalten. Ihre Erkenntnisse haben die Forscher jetzt in der renommierten Fachpublikation Nature Communications veröffentlicht.
Molekül-Käfige für Ionen und ihre Wirkung sind in der Chemie bereits seit etwa 50 Jahren bekannt. Herstellung und Anwendung waren jedoch bislang sehr komplex und kostspielig. Die Forschergruppe um Dr. Max von Delius, Nachwuchsgruppenleiter am Lehrstuhl für Organische Chemie II an der FAU, hat ein neues Verfahren entdeckt, das dies ändert: Durch eine sogenannte Eintopf-Synthese, bei der man - ähnlich wie beim Eintopf in der Küche - die benötigten chemischen "Zutaten" einfach zusammenwirft, wird die Herstellung der Käfige radikal vereinfacht, sodass zum ersten Mal wirklich große Mengen solcher Käfige verfügbar sein werden.
Außerdem sind die neuartigen Käfige aufgrund ihrer einzigartigen dreidimensionalen Struktur besonders vielseitig einsetzbar: Sie lassen sich zum Bespiel sehr leicht an Farbstoffmoleküle koppeln oder auch auf Knopfdruck zersetzen. Diese Eigenschaften könnten in der Zukunft die gezielte Freisetzung des eingeschlossenen Metall-Ions erlauben.
Als Chemiker ist von Delius vor allem von der "Eleganz der Synthese in nur einem Schritt" begeistert. Auf der Anwendungsebene dagegen könnten sich durch die neuen Käfige Möglichkeiten eröffnen, die bislang aus Kostengründen undenkbar waren: Die Medizin etwa ist seit längerem an molekularen Käfigen interessiert, die es erlauben würden, Arzneimittel wie Natrium-Heparin durch die Haut hindurch in den Körper zu "schmuggeln". Bislang wird das Medikament per Spritze verabreicht.
Ein weiteres Anwendungsfeld, das die Erlanger Forscher im Auge haben, sind Lithium-Ionen-basierte oder ähnliche Akkus. Hier ließe sich womöglich mit Hilfe der Molekül-Käfige die Langzeitstabilität der Elektroden und damit des gesamten Akkus drastisch verbessern. Damit könnten die Zeiten vorbei sein, in denen Nutzer den Smartphone-Akku immer über Nacht aufladen müssen. Dass die molekularen Käfige auch ästhetisch ansprechend sind, beweist eine Skulptur der Nürnberger Silberschmiedin Anne Fischer. Sie hat, basierend auf experimentellen Daten der Erlanger Chemiker, einen der neuen molekularen Käfige detailgetreu in Übergröße nachgebaut.


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