Wissenschaft & Forschung

Früher nur in Autoreifen, heute auch im Mund: Seit einiger Zeit sind Zahncremes mit Kohlenstoff als aktiver Substanz auf dem Markt. Was es sonst noch an ungewöhnlichen Stoffen in Zahnpasta gibt und wie nützlich sie sind.
Schwarz macht weiß – verspricht jedenfalls die Verpackung: Zahnpasta, angereichert mit Aktivkohle. Die adsorbiert unpolare Substanzen, und das soll sich positiv auf die Mundgesundheit und die Zahnfarbe auswirken. Das haben sich gleich mehrere Unternehmen gedacht: So brachte das russische Splat die Blackwood-Zahnpasta – ohne Fluorid – auf den Markt, das schweizerische Curaprox die Black-is-White-Zahnpasta mit Fluorid und Hydroxylapatit, also synthetischem Zahnschmelz, und auch das japanische Unternehmen Kobayashi verkauft eine Kohle-Zahnpasta (Foto rechts oben). Alle sind über Amazon oder Apotheken erhältlich. Und es gibt noch eine Gemeinsamkeit: Sie sind deutlich teurer als normale Zahnpasten, sie kosten nämlich zwischen 9 und 24 Euro.<figure><img src="https://media.graphcms.com/VnquJWB4TZCaxkfQXqbz"><figcaption><label>Abb. 1: </label>Kohlenstoff färbt diese Zahnpasta schwarz – würden Sie damit putzen? <named-content>Quelle: fotolia/N-Photos</named-content></figcaption></figure>
Studien, ob Aktivkohle in Zahnpasta oder anderer Kosmetik nützt, gibt es noch keine. Angesichts der Eigenschaften der Substanz sei es aber unwahrscheinlich, dass die Kohle auf den Zähnen etwas bewirkt, sagt Carolina Ganß, Präsidentin der deutschen Gesellschaft für Präventivzahnmedizin: „Ich kann mir nicht vorstellen, dass sie nicht mit den vielen Inhaltsstoffen einer Zahncreme reagiert.“Dazu kommt: Nicht jede Kohle ist Aktivkohle. Aktivkohle hat eine innere Oberfläche zwischen 300 und 1500 m²·g–1, normale Kohle weniger. Die Black-is-White-Zahnpasta enthält statt Aktivkohle Carbon Black, also Industrieruß – und der hat andere Eigenschaften.1)<h2>Bakterien mit Absicht</h2>Ungewöhnliche Zusatzstoffe gibt es schon länger. Im April 2009 ging das Unternehmen BASF mit einem neuen Antikarieswirkstoff an die Öffentlichkeit,2) den es gemeinsam mit dem Berliner Forschungsunternehmen Organobalance entwickelt hatte: pro-t-action, basierend auf dem Milchsäurebakterium Lactobacillus paracasei. Dieses erkenne das Kariesbakterium Streptococcus mutans und bilde mit ihm Klumpen, die sich bequem ausspülen ließen. Das verringere die kariesverursachenden Bakterien im Mund um bis zu 40 Prozent. Klingt vielversprechend, doch nur eine kroatische Firma hat daraus eine Zahnpasta entwickelt und auf den Markt gebracht: Plidenta pro-t-action. In Deutschland war die Zahnpasta bis Mai 2016 nur über Amazon erhältlich, inzwischen taucht sie in den Suchergebnissen nicht mehr auf. Zwar enthält sie Fluorid, aber auch Methylparaben-Natriumsalz, einen Konservierungsstoff. Konservierungsstoffe sorgen in Zahnpasten dafür, dass sich auch dann keine Bakterien oder Schimmelpilze in der Tube ausbreiten, wenn diese wochenlang geöffnet ist – Beispiele sind Kaliumsorbat, das Aminfluorid Olaflur und verschiedene Polyethylenglykole. Was Methylparaben-Natriumsalz mit dem Milchsäurebakterium in der Tube macht, ist unklar. Sicher ist: Die Mundschleimhaut nimmt vieles auf – auch Konservierungsstoffe.3) Und wie gesund Parabene sind, steht zur Debatte.4)<h2>Vitamine</h2>Dass die Mundschleimhaut so durchlässig ist, lässt sich aber auch positiv nutzen. Die Dental Med Zahncreme Vitamin B12 von Sante enthält 1250 ppm Fluorid und ist – der Name lässt es vermuten – mit Vitamin B12 angereichert. Das ist das Vitamin, das essenziell ist für Zellteilung, Blutbildung und ein funktionierendes Nervensystem. Der menschliche Körper gewinnt es am besten aus Fleisch. Die Zahnpasta kann Vegetariern und Veganern helfen, denn zwei Mal täglich genutzt erhöhen sich die Vitamin-B12-Werte im Körper innerhalb von vier Wochen um 60 Prozent.5) Statt mit den üblicherweise verwendeten Zuckeraustauschstoffen ist die Zahnpasta mit dem Zuckeralkohol Xylit (Pentanpentol) gesüßt, den das Kariesbakterium nicht verstoffwechseln kann.<h2>Alles wieder auf Anfang</h2>Zu Beginn der Zahnreinigung vor Jahrhunderten nutzten die Menschen Zahnpulver, um ihre Zähne zu reinigen. Dessen Hauptbestandteile: Knochen, Muschelschalen oder Horn, pulverisiert und zu Asche verbrannt, sowie Natron, Bimsmehl und Myrrhe.6) Dieses Prinzip hat die deutsche Firma Denttabs nun mit ihrem gleichnamigen Produkt neu aufgelegt: Denttabs sind quasi Zahnpasta in Tablettenform, die hauptsächlich aus mikrokristalliner Cellulose bestehen. Man zerkaut eine Tablette direkt vor dem Putzen, bis die zunächst bröckelige Masse im Mund cremig wird. Viel Schaum entsteht dabei nicht, aber da die enthaltene Zitronensäure den Speichelfluss anregt, verteilt sich alles gut im Mund – auch 1450 ppm Fluorid.7)<h2>Werbeversprechen</h2>Das Unternehmen Dr. Kurt Wolff bewirbt seine Zahnpasta Biorepair mit „Draufputzen statt abnutzen“. Biorepair enthält Zink-Carbonat-Hydroxylapatit, eine „Substanz, die dem natürlichen Zahnschmelz nachgebildet ist.“ Die Idee dahinter: Der künstliche Zahnschmelz soll Mikrodefekte (Erosionen) im Zahnschmelz auffüllen. Unter dem Elektronenmikroskop zeigt sich dieser Effekt,8) aber Ulrich Schiffner, Professor an der Poliklinik für Zahnerhaltung und präventive Zahnheilkunde am Universitätskrankenhaus Hamburg-Eppendorf, sagt: „Es ist zwar etwas auf dem Zahn, aber ob es dem Kau-Akt lange standhält oder der Säure – das ist nicht nachgewiesen.“ Zudem gibt es mehr Menschen mit Karies als solche mit Erosionen, und Biorepair wirkt nur gegen letztere. Ein Manko sei deshalb, dass Biorepair kein Fluorid enthalte – klar, das würde mit dem künstlichen Zahnschmelz schon in der Tube abreagieren (Kasten). Deshalb fehlt Biorepair die entscheidende Substanz, um Karies vorzubeugen. Sowohl Schiffner als auch Stiftung Warentest9) raten von dieser Zahnpasta ab.<h2>Was macht Fluorid mit dem Zahnschmelz?</h2>Wie der Zahnschmelz auf Fluorid reagiert, hängt vom pH-Wert ab, zeigen Untersuchungen an synthetischem Zahnmaterial.13) Bei einem pH-Wert von 6,2 ersetzen die Fluoridionen die Hydroxidionen im Zahnschmelz, der vorrangig aus Calciumapatit Ca5(PO4)3OH (HAp) besteht. Es bildet sich Fluorapatit (FAp), der säureresistenter ist als HAp: HAp demineralisiert bei einem pH-Wert von 5,5, FAp dagegen erst bei 4,6.14) Allerdings ist die entstehende FAp-Schicht keine zehn Nanometer dick. Wird dagegen bei einem pH-Wert von 4,2 geputzt, finden nicht nur Substitutionsreaktionen statt, es bilden sich auch Verbindungen wie CaF2. Die Zahnoberfläche wird rauer, wodurch das Fluorid tiefer in den Zahnschmelz eindringt. Die Schicht mit hohem Calciumfluoridanteil wächst so auf fast 100 Nanometer.Schützt ein so dünner Film vor Karies? Das haben die Experimentalphysikerin Karin Jacobs und ihre Kollegen mit dem Institut für Medizinische Mikrobiologie und Hygiene der Universität des Saarlands untersucht:15) Die fluorierte Schicht sorge in jedem Fall dafür, dass Bakterien wie Streptococcus mutans – das als Karieshauptverursacher gilt –, Streptococcus oralis und Staphylococcus carnosus schlechter am Zahn haften. Dies sei neben der Remineralisation ein wichtiger kariostatischer Faktor.<h2>Von sauber über weiß zu kaputt</h2>Ob eine Zahnpasta die Zähne nur säubert oder sie auch weißer macht, verrät der RDA-Wert. RDA steht für Radioactive Dentin Abrasion und bezeichnet eine Untersuchungsmethode, bei der zunächst das gesamte Dentin – also das Zahnbein das unter dem Zahnschmelz liegt – einer Probe radioaktiv markiert wird. Anschließend wird zweimal geputzt: mit einer genormten Calciumdiphosphat-Aufschlämmung und der Zahnpasta. Dann wird die Aktivität des dabei jeweils abgetragenen Dentins gemessen und miteinander ins Verhältnis gesetzt. Der so abgeleitete RDA-Wert hängt von Art, Menge und Größe der Putzkörper ab; je höher er ist, desto stärker ist die Schmirgelwirkung.Für RDA-Werte gilt grob: Werte von 30 gelten als gering, solche zwischen 70 und 80 als mittel, Werte über 100 als stark abrasiv.11) Vor allem Weißmacherzahnpasten haben hohe RDA-Werte. Dadurch schädigen sie allerdings Zähne und Zahnfleisch. Ist der RDA-Wert zu niedrig, reinigt die Zahnpasta möglicherweise nicht genug. Hersteller müssen den RDA-Wert nicht auf der Packung angeben. Der maximale RDA-Wert dagegen ist festgelegt: Er liegt bei 250. Übersichten zu den RDA-Werten verschiedener Zahnpasten liefert etwa <a href="https://www.der-zahnarzt.net" target="_blank">www.der-zahnarzt.net</a>.12)Dentin ist im Normalfall vom viel härteren Zahnschmelz umhüllt, daher wäre es sinnvoll, den REA-Wert (Radioactive Enamel Abrasion) anzugeben – das geschieht noch seltener als beim RDA-Wert. Der RDA-Wert ist aber wichtiger: Die Schmirgelei ist für Dentin gefährlicher als für Zahnschmelz, insbesondere bei freiliegenden Zahnhälsen, einer zu harten Zahnbürste und der falschen Putztechnik.11)<h2>Strahlend säubern</h2>Die neuen Produkte zeigen: Längst sollen Zahnpasten mehr können als Zähne reinigen und vor Karies schützen. Schon im Jahr 1940 kam eine Zahnpasta mit besonderen Eigenschaften auf den Markt: Doramad,10) hergestellt vom Gasglühstrumpf- und Metallfadenlampenunternehmen Auergesellschaft in Berlin. Doramad sollte die „Abwehrkräfte von Zahn und Zahnfleisch stärken, die Zellen mit neuer Lebensenergie laden und Bakterien in ihrer zerstörenden Wirksamkeit hemmen“ – durch Thorium. In einem Prospekt zur Probierpackung stand, dass die „unendlich kleinen Strahlenteilchen auf das Zahnfleisch prallen und es massieren“ (Abbildung S. 428). Es gebe eine „Erhöhung der gesamten Lebenskräfte in den Geweben des Mundbereiches.“<figure><img src="https://media.graphcms.com/UszIYojkSRenabLVyzKC"><figcaption><label>Abb. 2: </label>Ein lesenswerter Teil der Broschüre von Doramad, der Zahnpasta mit Thorium.10)</figcaption></figure>
Ab dem Jahr 1945 wurde die Zahnpasta nicht mehr verkauft. Da wir unsere Zahncremes aber mittlerweile mit Kohlenstoff anreichern, dauert es womöglich nicht mehr lange, bis noch nie verwendete Elemente in der Tube landen – oder schon benutzte eine Renaissance erleben.Nachrichten-Redakteurin Eliza Leusmann putzt ihre Zähne zweimal täglich mit wechselnden Zahnpasten.<h2>Was wirklich wirkt</h2>Zweimal täglich die Zähne mit der richtigen Putztechnik putzen.Eine Zahnpasta mit einem RDA-Wert von etwa 50. Sie reinigt die Zähne ausreichend, schädigt aber weder Zähne noch Zahnfleisch.Fluorid. Die deutsche Gesellschaft für Zahn-, Mund- und Kieferheilkunde empfiehlt für Erwachsene eine Zahnpasta mit 1000 bis 1500 ppm Fluorid.Entgegen der gängigen Empfehlung sollte man nach dem Essen nicht 30 Minuten warten, sondern sofort putzen:16) Die Wartezeit führe dazu, dass Gesundheitsbewusste danach besonders intensiv reinigen – und so die Zähne schädigen – oder dass gar nicht geputzt wird.
<ul><h2>Literatur</h2><li>
1 <ext-link ext-link-type="uri"><a href="https://www.carbon-black.org/index.php/what-is-carbon-black" target="_blank">www.carbon-black.org/index.php/what-is-carbon-black</a></ext-link></li><li>
2 <ext-link ext-link-type="uri"><a href="https://organobalance.de/Berichte/P190-d_BASF_bekaempft_Karieserreger_mit_Milchs_01.pdf" target="_blank">organobalance.de/Berichte/P190-d_BASF_bekaempft_Karieserreger_mit_Milchs_01.pdf</a></ext-link></li><li>
3 <ext-link ext-link-type="uri"><a href="https://www.medizinfo.de/arzneimittel/resorption/sublinguale_verabreichung.shtml" target="_blank">www.medizinfo.de/arzneimittel/resorption/sublinguale_verabreichung.shtml</a></ext-link></li><li>
4 <ext-link ext-link-type="uri"><a href="https://www.swr.de/marktcheck/parabene-in-kosmetika/-/id=100834/did=" target="_blank">www.swr.de/marktcheck/parabene-in-kosmetika/-/id=100834/did=</a> 16964846/nid=100834/18zqkov/</ext-link></li><li>
5 <ext-link ext-link-type="uri"><a href="https://www.sante.de/de/produkte/zahnpflege/dental-med-zahncreme-vitamin-b12/" target="_blank">www.sante.de/de/produkte/zahnpflege/dental-med-zahncreme-vitamin-b12/</a></ext-link></li><li>
6 Gaius Plinius Secundus, Historia naturalis, 28.49, 31.21+26, 31.46, 36.42.</li><li>
7 <ext-link ext-link-type="uri"><a href="https://www.denttabs.de" target="_blank">www.denttabs.de</a></ext-link></li><li>
8 <ext-link ext-link-type="uri"><a href="https://www.bio-repair.com/de" target="_blank">www.bio-repair.com/de</a></ext-link></li><li>
9 <ext-link ext-link-type="uri"><a href="https://www.test.de/Zahncreme-Biorepair-Kein-Fluorid-1800896–0/" target="_blank">www.test.de/Zahncreme-Biorepair-Kein-Fluorid-1800896–0/</a></ext-link></li><li>
10 <ext-link ext-link-type="uri"><a href="https://www.orau.org/ptp/collection/quackcures/toothpaste.htm" target="_blank">www.orau.org/ptp/collection/quackcures/toothpaste.htm</a></ext-link></li><li>
11 <ext-link ext-link-type="uri"><a href="https://www.zahnwissen.de/frameset_lexi.htm?lexikon_fa-fm.htm" target="_blank">www.zahnwissen.de/frameset_lexi.htm?lexikon_fa-fm.htm</a></ext-link></li><li>
12 <ext-link ext-link-type="uri"><a href="https://www.der-zahnarzt.net/rda-werte-von-zahnpasta/" target="_blank">www.der-zahnarzt.net/rda-werte-von-zahnpasta/</a> und <a href="https://www.drloose.de/fileadmin/user_upload/PDF/Abrasionswerte_Zahnpasten.pdf" target="_blank">www.drloose.de/fileadmin/user_upload/PDF/Abrasionswerte_Zahnpasten.pdf</a></ext-link></li><li>
13 F. Müller, C. Zeitz, H. Mantz et al., Langmuir 2010, 26, 18750–18759.</li><li>
14 J. D. B. Featherstone, J. M. Ten Cate, Physicochemical aspects of fluorideenamel interactions. in Fluoride in Dentistry [Hrsg. J. Ekstrand, O. Fejerskov, L. M. Silverstone]; Munskgaard International Publishers: Copenhagen, 1988; 125–149.</li><li>
15 P. Loskill, C. Zeitz, S. Grandthyll et al., Langmuir 2013, 29, 5528–5533.</li><li>
16 <ext-link ext-link-type="uri"><a href="https://www.zm-online.de/hefte/30-Minuten-Karenz-sind-unnoetig_307665.html/alles.html#1" target="_blank">www.zm-online.de/hefte/30-Minuten-Karenz-sind-unnoetig_307665.html/alles.html#1</a></ext-link></li></ul>

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Früher nur in Autoreifen, heute auch im Mund: Seit einiger Zeit sind Zahncremes mit Kohlenstoff als aktiver Substanz auf dem Markt. Was es sonst noch an ungewöhnlichen Stoffen in Zahnpasta gibt und wie nützlich sie sind. Schwarz macht weiß – verspricht jedenfalls die Verpackung: Zahnpasta, angere...

Prof.Dr.

Durch Reaktionen zwischen Festkörper und Gasphase lassen sich Phosphorverbindungen kinetisch kontrolliert herstellen. Deren Strukturen reichen von molekular über Schichten bis zu Spiralen. Daraus resultieren interessante physikalische Eigenschaften: Sie sind Supraleiter oder lassen sich um 180 ° biegen.
Die über die Gasphase verlaufende Transportreaktion1)Afest + Bgasf. I Cgasf.eignet sich besonders, um in Reaktionszeiten von wenigen Minuten bis einigen Tagen reine Verbindungen in sehr guter Kristallqualität und in einkristalliner Form herzustellen. Auch Phosphorallotrope und -modifikationen sowie etliche binäre und ternäre Phosphide und Polyphosphide sind über diesen Syntheseweg zugänglich. In der Regel verwendet man Halogene, Interhalogenverbindungen oder Metallhalogenide für diese Umsetzungen, da sie eine ausreichende Transportrate garantieren.<h2>Kurzreichweitentransport von Phosphorallotropen</h2>In den letzten Jahren wurden verstärkt Metallhalogenide eingesetzt, um Elementallotrope des Phosphors darzustellen oder ineinander umzuwandeln. Dazu eignet sich das Mineralisatorkonzept.2) Dabei werden durch Kurzreichweitentransport oder Kristallisationsvermittlung unterschiedliche Elementallotrope erzeugt. Kristallisationsvermittlung heißt, dass das Produkt durch das eingesetzte Metallhalogenid auf dem Reaktionsgefäßboden auskristallisiert. Die resultierenden Phosphorallotrope sind rein, kristallin und einfach erhältlich, sodass sie für Anwendungen infrage kommen (Abbildung 1).<figure><img src="https://media.graphcms.com/OVbTogGITFmG0goC3S6w"><figcaption><label>Abb. 1: </label>Faserförmiger Phosphor (links), rasterelektronenmikroskopische (Mitte) und lichtmikroskopische Aufnahmen (rechts) von schwarzem Phosphor, hergestellt durch Kurzreichweitentransport mit unterschiedlichen Transportmitteln in Silicaglas- Ampullen in einem schmalen Temperaturgradienten.</figcaption></figure>
Mit CuCl2 entsteht aus amorphem rotem Phosphor über das Mineralisatorkonzept reiner, faserförmiger, roter Phosphor.3) Diese auch als Ruck’scher Phosphor bezeichnete Verbindung ist ähnlich wie der violette oder Hittorf’sche Phosphor4) photokatalytisch aktiv und eignet sich, um Wasserstoff aus Wasser zu erzeugen.5)Mit schwarzem Phosphor lassen sich Monoschichten herstellen, die in Anlehnung an Graphen auch als Phosphoren bezeichnet werden, ohne jedoch Doppelbindungen zu enthalten. Zugänglich sind die Monoschichten durch mechanische, chemische oder elektrochemische Delamination.6) Bei der Synthese schwarzen Phosphors eignet sich besonders SnI2 als Transportmittel. Schon im Jahr 2007 wurde diese Reaktion erstmals beschrieben, bei den Synthesetemperaturen von etwa 500 bis 550 °C entsteht SnI2 aus Sn und SnI4.7) Ein allgemeines Reaktionsschema für diese Art des Kurzreichweitentransports zeigt Abbildung 2.<figure><img src="https://media.graphcms.com/SLaug05HS1mM7lh1hNfN"><figcaption><label>Abb. 2: </label>Reaktionsschema zur mineralisatorgestützten Kurzreichweitentransportreaktion in einer Silicaglas-Ampulle, illustriert am Beispiel der Umsetzung von rotem zu schwarzem Phosphor.</figcaption></figure>
<h2>Synthese von Phosphoren</h2>Kommerziell vertriebener schwarzer Phosphor wird nahezu ausschließlich durch die Kurzreichweitentransportreaktion hergestellt und dient anschließend zur Synthese von Phosphoren. Im Jahr 2014 entdeckten Wissenschaftler die hohen Ladungsträgermobilitäten in Phosphoren und entwickelten erste Feldeffekttransistoren.8) Damit war ein Forschungsfeld zu 2-D-Halbleitermaterialien entstanden, das neue Anwendungen für Multi- und Monolagen des schwarzen Phosphors und dotierter Materialien liefert.9) So adsorbiert und desorbiert schwarzer Phosphor Gase so empfindlich, dass etwa NO2 in ppb-Konzentrationen detektiert wird10) – es koordiniert an die Oberfläche und ändert so die elektronischen Eigenschaften des Phosphorens.Werden bis zu 83 Prozent des Phosphors in den Schichten gegen Arsen ausgetauscht – es entsteht Multischicht-As0,83P0,17 –, sinkt die Bandlücke des Phosphorens von mehr als 1,5 eV auf 0,15 eV.11) Diese liegt zwischen der von Graphen (keine Bandlücke), Phosphoren und Molybdändichalkogeniden wie MoS2 (etwa 1,7 eV)12) und somit in dem Bereich der 2-D-Schichtmaterialien, der vorher nicht abgedeckt war.Derzeit arbeiten Forscher daran, die Top-down-Synthese über schwarzen Phosphor zum Phosphoren durch eine Bottom-up-Synthese zu ersetzen. Mit einer Bottom-up-Strategie, bei der sich direkt Mono- oder Multischichten von Phosphoren bilden, soll Phosphoren gezielt und flexibel dotierbar werden.<h2>Binäre und ternäre Verbindungen</h2>Die verschiedenen Strukturmotive von Phosphorverbindungen führen etwa zu Supraleitfähigkeit, komplexen magnetischen Wechselwirkungen oder zu thermoelektrischen Eigenschaften. Viele der Verbindungen sind Metalle oder Halbleiter wie Ag3P11[19] oder [P9]+[AlORF]–[20], wobei insbesondere Anionen- und Kationenstrukturen der Halbleiter komplex aufgebaut sind. Die Teilstrukturen in binären und ternären Verbindungen bestehen aus molekularen (formal nulldimensionalen), polymeren (eindimensionalen) oder schichtartigen (zweidimensionalen) Einheiten.Eine Polymerisation in festem Zustand geht [Cd3Cu]CuP10 ein, das adamantananaloge, molekulare [P10]-Polyphosphid-Baueinheiten enthält: Diese wandeln sich durch Erhitzen auf 600 °C in eine kristalline Verbindung mit polymeren [P26]-Einheiten und [P6]-Ringen um.14) Die Reaktion lässt sich mit In-situ-Röntgenpulverdiffraktometrie verfolgen.<h2>Doppelhelixverbindungen</h2>Auch in der unbelebten Welt gibt es wie bei DNA Doppelhelixstrukturen, und Wissenschaftler versuchten oft, diese Struktur auf anorganische Verbindungen zu übertragen. Etliche Elemente und Moleküle lassen sich als Helices und Doppelhelices synthetisieren, meistens haben sie Durchmesser von mehreren 10 bis 1000 nm oder sind durch Template in ihre Form gezwungen worden.16) Beispiele sind Nanodrähte aus Edelmetallen oder Oxiden. Durch Templatsynthese ließen sich kleinste Mengen einer Se-Doppelhelix in Kohlenstoffnanoröhren synthetisieren.Wissenschaftler um Boldyrev haben kürzlich eine theoretische Abhandlung über doppelhelikales LiP veröffentlicht,17) was die Suche nach anorganischen Doppelhelixverbindungen befeuerte. Inspiriert von den Versuchen und Berichten haben wir schließlich SnIP, die erste aus atomar aufgebauten Helices bestehende anorganische Doppelhelixverbindung synthetisiert (Abbildung 3).18)<figure><img src="https://media.graphcms.com/nk924D6WTeCC1PpV19zC"><figcaption><label>Abb. 3: </label>Kristallstruktur von SnIP, eines aus [SnI]- und [P]-Helices aufgebauten Halbleiters.</figcaption></figure>
<h2>DNA, anorganisch?</h2>Rechts- und linkshändige, jeweils chirale Doppelhelices in SnIP stapeln sich in einer hexagonalen Stabpackung nebeneinander und werden nur durch schwache Van-der-Waals-artige Wechselwirkungen stabilisiert. Die Atome in den einzelnen Helices sind über kovalente Bindungen verknüpft, mit einer Wechselwirkung zwischen den beiden Helixsträngen, die dativen und ionischen Charakter hat. Diese Wechselwirkung (Abbildung 4) wird in der DNA durch Wasserstoffbrückenbindungen realisiert.<figure><img src="https://media.graphcms.com/xf6hwrXBQJCRqJSNfuuv"><figcaption><label>Abb. 4: </label>Helix-Wechselwirkungen zwischen den [SnI]- und [P]-Helices in SnIP und im Wasserstoffbrückensystem der DNA.</figcaption></figure>
Aus der Struktur resultieren außergewöhnliche mechanische Eigenschaften für SnIP: Zum einen lassen sich nadelförmige, mikrometerdicke Kristalle mit Klebeband mechanisch delaminieren. Zum anderen lässt sich SnIP mit Lösungsmitteln suspendieren. Auf diese Weise entstehen Nanodrähte mit fünf nebeneinanderliegenden Doppelhelixsträngen, die Aspektverhältnisse größer als 1000 haben. Das Aspektverhältnis ist das Verhältnis aus Höhe oder Tiefe einer Struktur und ihrer kleinsten lateralen Ausdehnung. Generell gilt: Je größer das Aspektverhältnis und je kleiner die absolute Größe der Struktur, desto schwieriger ist es, sie herzustellen. Ein Aspektverhältnis über 1000 ist interessant für eindimensional aufgebaute Halbleitermaterialien.Mikrometerdicke und einige Millimeter lange SnIP-Kristalle sind mechanisch derart belastbar, dass sie sich ohne erkennbare Degradierungserscheinungen um 180 ° biegen lassen. Wegen dieser Eigenschaft kommen sie für flexible Halbleiteranwendungen wie Displays, Solarzellen oder Sensoren infrage. Experimentelle Bestimmung und Berechnung der elektronischen Struktur klassifizieren Bulk-SnIP als Halbleiter mit einer Bandlücke von 1,8 eV. Diese weitet sich auf 2,2 eV, wenn das Material als Nanodraht vorliegt, wie Rechnungen zeigen. Damit unterscheidet sich SnIP von anderen, zweidimensionalen Halbleitermaterialien wie Phosphoren, da sich die Bandlücke beim Ausdünnen des Materials nicht drastisch verändert, sondern annähernd gleich bleibt. In dieser Beständigkeit ähnelt SnIP der DNA: Eine Stapelung im Festkörper beeinflusst diese ideale Baueinheit nur wenig. Eine anorganische DNA, wie schon oft zu lesen war, ist SnIP jedoch nicht.<h2>Quergelesen</h2>Die erste anorganische Doppelhelixverbindung ist aus atomaren SnI- und P-Helices aufgebaut. Die Verbindung eignet sich als flexibles Halbleitermaterial für Displays, Solarzellen oder Sensoren.Werden 83 Prozent des Phosphors in Phosphoren durch Arsen ausgetauscht, entsteht Multischicht-As0,83P0,17, das einen bisher unzugänglichen Bandlückenbereich abdeckt.Metallhalogenide sind effiziente Transportreagenzien, um anorganische Materialien herzustellen – etwa Elementallotrope des Phosphors.Tom Nilges, Jahrgang 1971, studierte Chemie in Siegen und diplomierte bei Hans-Jörg Deiseroth in anorganischer Festkörperchemie. Nach einer dreijährigen Promotion und einer kurzen Postdoc-Zeit bei Arno Pfitzner habilitierte er an der Universität Münster. Im Jahr 2010 erhielt er einen Ruf auf eine W2-Professur für anorganische Chemie an der TU München, an der er bis heute tätig ist. Seine Forschungsinteressen sind Thermoelektrika, feste Ionenleiter, Batteriematerialien und halbleitende Hauptgruppenmetallverbindungen.<div><img src="https://media.graphcms.com/wJUjZnnpTWdWkLqxAtLg">

</div>André Utrap, Jahrgang 1987, studierte ab dem Jahr 2007 Chemie an der TU München und promoviert seit 2013 in der Arbeitsgruppe von Tom Nilges. Unter anderem erforscht er Reaktionen mit Hauptgruppen- und Übergangsmetallhalogeniden.<div><img src="https://media.graphcms.com/XmgxBFuASxWrFZcV01zg">

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<ul><h2>Literatur</h2><li>
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3 N. Eckstein, A. Hohmann, T. Nilges, P. Schmidt, Z. Anorg. Allg. Chem. 2013, 639, 2741.</li><li>
4 H.-S. Tsai, C.-C. Lai, C.-H. Hsiao et al., Appl. Mater. Interfaces 2015, 7, 13723.</li><li>
5 Z. Hu, L. Yuan, Z. Liu et al., Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 9580.</li><li>
6 L. Li, Y. Yu, G. J. Ye, et al., Nat. Nanotechnol. 2014, 9, 372.</li><li>
7 S. Lange, P. Schmidt, T. Nilges, Inorg. Chem. 2007, 46, 4028.</li><li>
8 H. Liu, A.-T. Neal, Z. Zhu et al., ACS Nano 2014, 8, 4033.</li><li>
9 V. Eswaraiah , Q. Zeng, Y. Long, Z. Liu, Small 2016, 12, 3480.</li><li>
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11 B. Liu, M. Köpf, A. A. Abbas et al., Adv. Mater. 2015, 27, 4423.</li><li>
12 W. Bensch, Nachr. Chem. 2012, 60, 422.</li><li>
13 R. Pöttgen, W. Hönle, H. G. von Schnering, Phosphides: Solid State Chemistry. In: Encyclopedia of Inorg. Chem. [Hrsg.: R. B. King], John Wiley &amp; Sons Ltd., Chichester, 2005, Vol. VII, 4255.</li><li>
14 M. Bawohl, P. Schmidt, T. Nilges, Inorg. Chem. 2013, 52, 11895.</li><li>
15 J. D. Watson, F. H. Crick, Nature 1953, 171, 737.</li><li>
16 M.-Q. Zhao, Q. Zhang, G.-L. Tian et al., Nanoscale 2014, 6, 9339.</li><li>
17 A. S. Ivanov, A. J. Morris, K. V. Bozhenko et al., Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 8330.</li><li>
18 D. Pfister, K. Schäfer, C. Ott et al., Adv. Mater. 2016, doi: <ext-link ext-link-type="doi">10.1002/adma.201603135</ext-link></li><li>
19 M. H. Möller, W. Jeitschko, Inorg. Chem. 1981, 20, 828.</li><li>
20 T. Köchner, T. A. Engesser, H. Scherer et al., Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 6529.</li></ul>

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