3D Modelle verschiedener Lipidgeometrien

Die Verwendung gedruckter 3D-Modelle ermöglicht zusätzlich haptische Erfahrungen auf makroskopischer Ebene bezüglich des Einflusses von Lipidgeometrien auf die Selbstaggregation amphiphiler Moleküle. Die 3D-Daten für den eigenen Druck können Sie hier herunterladen.

Geräte und Chemikalien:
3D-gedruckte Lipidmodelle mit eingelassenen Magneten, großes Glasgefäß, Wasser.

Versuchsdurchführung:
In ein mit Wasser gefülltes Glasgefäß werden 3D-gedruckte Lipidmodelle gleicher Geometrien (zylindrisch, konisch) gegeben.

Beobachtung:
Die zylindrischen Lipidmodelle schwimmen an der Wasseroberfläche. Dabei zeigen die blau markierten Enden der Modelle ins Wasser und die gelb markierten Enden ragen teilweise heraus. Zudem ziehen sich die blauen Enden der Modelle gegenseitig an. Bei den konischen Lipidmodellen ziehen sich hingegen die gelben Spitzen der Modelle gegenseitig an. Dabei entsteht ein eher rundes Gebilde, bei dem die gelben spitzen Enden nach innen und die blauen flachen Enden nach außen zeigen.

Abbildung: 3D-gedruckte Tensid- bzw. Lipidmodelle mit zylindrischer (A) und konischer Geometrie (B).

Deutung:
Die Anordnung der Modelle ist auf ihre Dichte sowie die Anziehungskräfte der eingelassenen Magneten zurückzuführen. Die zylindrischen Modelle bilden an der Wasseroberfläche eine Monoschicht, während die konischen Modelle sich zu einer mizellaren Struktur anordnen (vgl. Abbildung).

Anmerkungen zur Deutung des Experiments:
Die gedruckten 3D Modelle amphiphiler Moleküle ermöglichen es, auf makroskopischer Ebene eine räumliche Vorstellung bezüglich des Einflusses verschiedener Molekülgeometrien auf die Ausbildung unterschiedlicher Aggregate zu gewinnen. Die zylindrischen Modelle bilden planare Strukturen aus, während die konischen Modelle kugelförmige Aggregate ergeben. In Wasser kann so sowohl die Ausbildung von Tensidmonoschichten an der Wasseroberfläche als auch die Aggregation zu Mizellen dargestellt werden, wobei die Modelle dabei nicht ohne ausführliche Modellkritik verwendet werden können. Obwohl beide Strukturen in Lösung von Tensiden des gleichen Packungsparameters herrühren, können sie im Modellversuch nur mithilfe unterschiedlicher geometrischer Körper dargestellt werden. Zudem können die magnetischen Anziehungskräfte nicht ohne weiteres mit zwischenmolekularen Wechselwirkungen gleichgesetzt werden. Außerhalb des wässrigen Mediums können die zylindrischen Modelle alternativ auch zu Lipiddoppelschichten arrangiert werden. Hierdurch ist eine deutlichere Abgrenzung der konischen Körper als Modelle für Tensidmoleküle zu den zylindrischen Körpern als Modelle für Lipidmoleküle möglich.

Literatur:

• von Hoff, E., Milsch, N., Ehlers, M., Waitz, T., & Mey, I. (2017). Membranforschung für die Öffentlichkeit: Ein Kooperationsprojekt zwischen Fachdidaktik und Fachwissenschaft. CHEMKON, 24(4), 165–169. https://doi.org/10.1002/ckon.201790002.
• von Hoff, E. (2020). Entwicklung und Evaluation von Konzepten und Formaten zum Wissenstransfer von der Forschung in die Schule und Öffentlichkeit - Am Beispiel des SFB 803 (Dissertation). Georg-August-Universität Göttingen, Göttingen. Abrufbar unter http://hdl.handle.net/21.11130/00-1735-0000-0005-14C7-4.