Venzmer, J.

In vielen Bereichen des täglichen Lebens begegnen wir Grenzflächen, an denen sowohl kationische Tenside als auch Silikontenside eine wichtige Rolle spielen, aber dies passiert wahrscheinlich für die meisten Verbraucher mehr oder weniger unbewusst. Zum einen wird in diesem Artikel darauf eingegangen, wie die Trocknungshilfe in der Autowaschanlage wirkt und welche Vorgänge hinter Haarkonditionieren und Wäscheweichspülen stehen. Zum anderen wird gezeigt, welche im Grunde genommen widersprüchlichen Funktionen durch Silikontenside erfüllt werden können, von der Schaumstabilisierung in Polyurethanschäumen bis zum Entschäumen von Ölen.

Mutoro, E., Luerßen, B., & Janek, J.

Grenzflächen spielen für die Eigenschaften und die Anwendung fester Ionenleiter eine zentrale Rolle. Die chemischen und strukturellen Aspekte von Grenzflächen fester Ionenleiter werden dargestellt und in drei Beispielen (Metallauflösung und –abscheidung, schneller Ionentransport in Grenzflächen, elektrochemisch kontrollierte heterogene Katalyse) erläutert. Die Bedeutung der Grenzflächen für die Funktion und weitere Optimierung von Lithiumbatterien und Brennstoffzellen wird veranschaulicht.

Schmitz, F., & Symietz, D.

Klebstoffe haben im heutigen Fahrzeugbau wichtige Funktionen übernommen. Sie ermöglichen crash-stabile und gleichzeitig dichtende Metall-Verbindungen, sie halten Scheiben in Position, sie schaffen neue Möglichkeiten bei Produktionsabläufen und beim Automobildesign. Gleichzeitig ist es dem Einsatz von Klebstoffen zu verdanken, dass – trotz einer wachsenden Zahl von eingebauten elektronischen und elektrischen Funktionen – das Gesamtgewicht von Fahrzeugen nicht noch weiter angestiegen ist, da mittels Klebstoffen Leichtbaumaterialien miteinander verbunden werden können. Somit tragen Klebstoffe nicht nur zu größerem Komfort und erhöhter Sicherheit bei, sondern auch zur Reduktion des Kraftstoffverbrauchs.

Papaefthimiou, V., Steitz, R., & Findenegg, G.

Dünne Polymerfilme auf festen Oberflächen können auf einen äußeren Stimulus, speziell auf Änderungen von Temperatur, pH-Wert oder Ionenstärke des Mediums, mit einer Änderung der Kettenanordnung und damit der Filmdicke reagieren. Von responsiven Polymerschichten spricht man, wenn diese Änderungen stark ausgeprägt und reversibel sind und wenn der entsprechende Schaltvorgang oftmals wiederholbar ist. Polymerbürsten von PNIPAM und dünne Filme von PNIPAM-Mikrogelen zeigen im Kontakt mit wässrigen Medien ein ausgeprägtes Temperatur-responsives Verhalten, welches direkt auf das Lösungsverhalten dieses Temperatur-sensitiven Polymeren in Wasser zurückzuführen ist. Polymerbürsten von kationischen oder anionischen Polyelektrolyten reagieren dagegen auf Änderungen der Ionenstärke, wodurch die Reichweite der elektrostatischen Wechselwirkung zwischen den geladenen Gruppen beeinflusst wird. Auch hier können große und reversible Änderungen der Filmdicke beobachtet werden. Solche Polymerfilme können als Nanocontainer für die gezielte Aufnahme und Abgabe von Wirkstoffen genutzt werden.

Steinem, C., & Janshoff, A.

Membranmodelle, die auf Festkörperoberflächen verankert sind, ermöglichen es, elektrische Verfahren sowie oberflächenanalytische und abbildende Methoden einzusetzen. So kann mit Membranen auf Oberflächen die laterale Organisation von Lipiden und Proteinen bis in den Nanometerbereich hinein visualisiert werden. Gleichzeitig sind diese Membranen sehr stabil und damit attraktiv für verschiedene Bereiche der Biosensorik. Durch eine individuelle Adressierung kleinster mikrometergroßer Membranareale mit verschiedenen Lipidkompositionen ist es möglich geworden, die Bindung von Proteinen an funktionale Membranen auf kleinstem Raum zu quantifizieren und zu parallelisieren. Für die Untersuchung von Transmembranproteinen haben sich neben den klassischen freitragenden und festkörperunterstützten Lipidmembranen in den letzten Jahren neue Systeme entwickelt, die als Hybrid dieser beiden Membrantypen angesehen werden können. Diese Entwicklungen sind gerade für die Wirkstoffforschung von Interesse, da die Mehrzahl aller Zielstrukturen von Wirkstoffen Transmembranproteine sind.

Kind, M., & Wöll, C.

Physik und Chemie an organischen Oberflächen stellen ein hochinteressanes Forschungsgebiet dar. Modellsysteme, die durch die Selbstassemblierung von Organothiolen hergestellt werden, bieten optimale Voraussetzungen für eine systematische Erkundung der grundlegenden Eigenschaften derartiger “weicher” Oberflächen. Dieser Artikel gibt einen Überblick über die Charakterisierung von SAMs (selbst-assemblierten Monolagen) mit einer Vielzahl von oberflächenanalytischen Methoden und vermittelt grundlegende Einblicke in die hohe strukturelle Qualität und die enorme Vielseitigkeit der damit hergestellten organischen Oberflächen – bei einer gleichzeitig bestechenden Einfachheit der Herstellung. Der Artikel beschreibt auch einige grundlegende Anwendungsbeispiele wie die Deponierung von Metallen, die Herstellung biokompatibler Oberflächen und die Verankerung von Proteinen oder hochporösen molekularen Gitterstrukturen.

Nordskog, A., & von, R.

Das komplexe Leistungsprofil chemischer Markenartikel für das Waschen und Reinigen sowie in der Kosmetik und ihre Zusammensetzung aus zahlreichen Wirkstoffen erfordern eine genaue Kenntnis der physikalisch-chemischen Eigenschaften und der Wechselwirkung der Einzelkomponenten. Speziell physikalisch-chemische Grenzflächeneffekte beeinflussen die Wirkung dieser Produkte. An grundlegenden Ergebnissen zum Ablaufverhalten wässriger Tensidlösungen von harten Oberflächen, der Bildung von Tensidschäumen und der Herstellung von stabilen dünnflüssigen Emulsionen wird aufgezeigt, welche Bedeutung die Grenzflächenforschung für Produkte für den Endverbraucher hat und welche Fortschritte erzielt werden konnten.

Brovchenko, I., & Oleinikova, A.

Der Dichteverlauf von Fluiden in der Nähe einer Oberfläche wird durch den gegenläufigen Effekt fehlender Nachbarn an der Oberfläche und der Stärke der Fluid-Oberflächen-Wechselwirkung bestimmt und kann in manchen Fällen noch durch Oberflächenphasenübergänge kompliziert werden. Trotz der großen Mannigfaltigkeit an möglichen Fluid-Grenzflächen kann dieser Verlauf in einem weiten thermodynamischen Bereich auf universelle Weise mit Hilfe der Theorie kritischer Phänomene von Fluiden an Oberflächen sowie der Theorie der Oberflächenphasenübergänge beschrieben werden. Dies eröffnet die Möglichkeit, unterschiedliche Fluideigenschaften nahe Oberflächen auf der Nanometerskala beschreiben zu können.

Roth, K.

In der Drei-Sterne-Küche werden kulinarische Kreationen mit einer von über 3000 erprobten Saucen gekrönt. Die unübersehbare Vielfalt lässt sich auf wenige Grundsaucen zurückführen, wobei die mit Eigelb aufgeschlagenen Saucen eine besonders große Rolle spielen. Tatsächlich grenzt die emulgierende Wirkung eines einzigen Eigelbs schon an ein Wunder. Die physikalisch-chemischen Grundlagen der instabilen und stabilen aufgeschlagenen Saucen werden analysiert und die chemische Rolle des Eigelbs bei der Saucenbildung untersucht. Rezepte aus Standardkochbüchern und von Paul Bocuse sollen Lust auf eigenes experimentelles Erproben machen.

Herten, D.

Aus der Einzelmolekülfluoreszenzspektroskopie sind eine Reihe unterschiedlicher Techniken hervorgegangen, mit denen molekulare Prozesse im thermodynamischen Gleichgewicht gemessen und Subpopulationen heterogenerer Molekülverteilungen aufgedeckt werden können, die sonst im Ensemble verborgen bleiben. Die Anwendungen von Einzelmolekülexperimenten reichen von den Lebenswissenschaften über die Materialwissenschaften bis in die Photophysik und Photochemie. Einige dieser Forschungsfelder, z.B. die chemische Katalyse, wurden erst vor Kurzem erschlossen. Dieser Aufsatz will die wichtigsten Prinzipien der Einzelmolekülfluoreszenzspektroskopie zusammenfassen und einen Überblick über wichtige Anwendungen geben, die bis zur Entwicklung neuer mikroskopischer Verfahren mit Nanometer-Auflösung reichen.