Nylonfäden ziehen Katalysatoren wie ein Netz aus Medikamenten
Wer hätte gedacht, dass Nylonfäden bei der Herstellung von Arzneimitteln und Funktionstextilien gleichermaßen eine große Rolle spielen können? Speziell behandelte Nylonfäden können hervorragend Organokatalysatoren binden. Wie ein Filter können sie Katalysatoren aus Medikamenten herausziehen, aber auch Textilien besondere Eigenschaften verleihen.
Chemielabor: Bei der Herstellung von Medikamenten werden in der Regel Katalysatoren eingesetzt. Diese wieder zu entfernen, ist sehr aufwendig. Forscher haben jetzt Nylonfäden entwickelt, die man durch die Probe zieht und an die sich Katalysatoren gerne anlagern. Das geht deutlich schneller als filtern.
Foto: Patrick Pleul/dpa
Die Häuser aller Weinbergschnecken winden sich in eine Richtung. Hopfen ringelt sich immer linksherum um seine Kletterhilfe. Die Natur bevorzugt stets eine bestimmte Orientierung. Das ist bei natürlichen Wirkstoffen nicht anders. In Laboren, in denen beispielsweise Arzneimittel hergestellt werden, sieht es anders aus. Es entstehen oft Moleküle, die chemisch identisch sind, deren Atome aber unterschiedlich, oft spiegelbildlich angeordnet sind. Das Fatale dabei: Nur eins der beiden Moleküle hat die erwünschte Wirkung. Das andere verhält sich im günstigsten Fall neutral, im schlimmsten ist es sogar schädlich. Deshalb müssen die entstandenen Moleküle sortiert werden.
Katalysatoren verbinden sich gerne mit den Spezial-Nylon
Mit Organokatalysatoren geht es besser. Die sorgen dafür, dass die Zahl der Wirkstoffmoleküle mit der erwünschten Anordnung die der unwirksamen Spiegelbilder bei weitem übersteigt. Mit dem Einsatz dieser Reaktionsbeschleuniger handeln sich die Hersteller ein neues Problem ein: Sie müssen sie am Ende vom Produkt abtrennen, ein oft langwieriger Prozess.
Auch den können sich die Hersteller künftig sparen. Forscher haben eine Technik entwickelt, mit der Organokatalysatoren an Nylonfäden geheftet werden können. Diese werden dann in die Flüssigkeit eingetaucht, in der sie die Bildung der gewünschten Wirkstoffe in Gang setzen oder auch nur beschleunigen, sodass der Prozess wirtschaftlich wird. Anschließend ziehen die Chemotechniker die Fäden wieder heraus.
Katalysatoren haben die Eigenschaft, Reaktionen zu beschleunigen, sich selbst dabei aber nicht zu verändern. Das gilt auch für die Substanzen an den Nylonfäden. Was aber noch wichtiger ist: Sie kleben darauf so fest, dass praktisch kein Katalysatormolekül abgespalten wird. Der Faden kann gleich wieder ins nächste Reaktionsgefäß gehängt werden. 150 Prozesse dieser Art übersteht er praktisch schadlos. Organokatalysatoren enthalten keine Metalle, sondern nur Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff, Schwefel und Phosphor.
Textilien mit neuen Funktionen
Drei Wissenschaftlergruppen haben an der Entwicklung der Katalysatorfäden mitgewirkt. Angesiedelt sind sie am Deutschen Textilforschungszentrum Nord-West in Krefeld, am Max-Planck-Institut für Kohlenforschung in Mülheim an der Ruhr und an der Sungkyunkwan Universität Suwon in Südkorea. Sie benetzen die Nylonfäden mit dem Katalysatormaterial und bestrahlen es fünf Minuten lang mit ultraviolettem Licht. Nach dieser Prozedur sind Faden und Beschleunigermoleküle bombenfest miteinander verbunden. Vorerst gelang ihnen das Kunststück mit drei unterschiedlichen Organokatalysatoren. Gerade bei der Herstellung von Wirkstoffen, bei der ohne Katalysator wirksame Moleküle und ihr Spiegelbild entstehen, ist der imprägnierte Nylonfaden besonders effektiv. Er sorgt für eine Trefferquote von 95 Prozent.
Entwickelt wurden die Fäden eigentlich, um Funktionstextilien umweltfreundlicher herstellen zu können. „Mit unserer Methode kann man günstig dauerhaft funktionalisierte Textilien herstellen, ohne dass die Umwelt belastet wird“, sagt Ji-Woong Lee, Forscher am Max-Planck-Institut für Kohlenforschung. „Mit unserer Methode können wir einfache Textilien mit mikroskopischen Funktionalitäten ausstatten.“
Doch nicht nur das: Er ist fest davon überzeugt, dass sich das Verfahren in mehreren wissenschaftlichen Bereichen und in der Industrie anwenden lässt. „Das könnte neben der Chemie auch in der Biologie, in den Materialwissenschaften oder in der Pharmazie der Fall sein.“
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