Spiel mit den Nanokräften

Menschen unterliegen ihnen genauso wie ganze Nationen – den Kräften von Anziehung und Abstossung. Was auf der globalen Ebene gilt, ist auch im Reich der Nanokräfte zu finden. Mit ihrer elektrischen Ladung ziehen sich Nanopartikel ständig gegenseitig an oder stossen sich ab.

Solche Interaktionen zu erforschen und mit der Zeit auch zu verändern, ist das Ziel von Madhavi Krishnan. «Es ist elegant, mit dem Spiel dieser Kräfte Nanopartikel beeinflussen zu können», sagt die 36jährige Professorin für Physikalische Chemie in ihrem Büro auf dem Campus der Universität Zürich Irchel.

Im Nano-Sandwich

Um Nanopartikel zu untersuchen, muss man ihrer erst habhaft werden. Aufgrund der «Brownschen Bewegung» sind sie nämlich ständig in Bewegung. Während ihrer Postdoc-Zeit an der ETH Zürich ist es Krishnan mit Mitforschenden gelungen, die Winzlinge zu fixieren: Sie entwickelte mit feinsten Glasplatten ein «Sandwich», das Nanopartikel festzuhalten vermag.

Krishnan hat zwei Patente auf diese Methode beantragt und nutzt sie intensiv, um Nanopartikel weiter zu erforschen. Kurz nach Antritt ihrer Förderungsprofessur an der UZH konnte sie im Sommer eine Methode präsentieren, um nicht nur die Grösse, sondern auch die elektrostatische Ladung von Nanopartikeln genau zu messen.

Das ist ein bedeutender Fortschritt für die Grundlagenforschung, aber auch für die Praxis. Die Industrie vermochte die elektrische Ladung mit bisherigen Methoden nur ungenau zu messen. Die elektrische Ladung von Nanopartikeln in chemischen Lösungen wie Farben, Blut oder Impfstoffen zu bestimmen ist aber sehr wichtig, weil von der richtigen Ladung abhängt, dass eine Lösung nicht verklumpt.

Von Gold zu DNA

Bisher hat Madhavi Krishnan vor allem mit Goldpartikeln geforscht. Jetzt will sie sich komplexeren, aber auch interessanteren Partikelverbänden wie Proteinen oder DNA-Sequenzen widmen.

Nach der elektrischen Ladung von Nanopartikeln und ihren Interaktionen mit Oberflächen will sie in Zukunft zudem die Wechselwirkungen zwischen den Nanopartikeln selber erforschen.

Wenn es eines Tages gelingen wird, diese Kräfte auch bewusst zu steuern, wird es möglich sein, Nanopartikel neu anzuordnen. Stangenförmige statt wie bisher kugelförmige Nanokonstrukte würden es erlauben, gänzlich neue Materialien zu entwickeln – etwa für optische Geräte mit deutlich höher auflösenden Displays.

Akademische Doppelbürgerin

Erstmal ist die Nachwuchsprofessorin aber damit beschäftigt, ihr Team weiter auszubauen – es soll bald vier bis fünf Doktoranden, einen Postdoktoranden und Masterstudierende umfassen, die ebenfalls in die Forschung einbezogen weerden. Mit ihrer Forschungsgruppe pendelt sie zwischen dem Physikalisch-chemischen Institut der UZH und der «Nano Fabrication Facility»an der ETH Hönggerberg, wo sie das Spiel der Nanokräfte in einem der wenigen dafür geeigneten Nanolabors der Schweiz untersucht.

Über mangelnde Einbindung kann sie sich nicht beklagen. Weil ihre Forschung an der Schnittstelle von Physik und Chemie angesiedelt ist, wurde ihr eine Art akademischer «Doppelbürgerschaft» verliehen, wie sie lachend erzählt. Seit kurzem ist ihre Förderungsprofessur nicht nur in der Chemie beheimatet, sondern auch mit dem Physik-Institut der UZH assoziiert – ein Novum an der Mathematisch-naturwissenschaftlichen Fakultät.