Biophysik der Kolloide: Eigenschaften, Zustände & Anwendungen

Biophysik II: Einführung in Kolloide

Kolloide sind Suspensionen von sehr kleinen Partikeln (Mizellen), die viel größer sind als die Moleküle innerhalb einer verteilten Flüssigkeit. Sie werden auch Lösungen oder Pseudo-Lösungen kolloidaler Systeme genannt.

Der Sol-Gel-Zustand

Protoplasmatische Kolloide erfahren eine Sol-Gel-Verarbeitung, die auch als Umkehr- oder Phasenwechsel bezeichnet wird. Kolloide präsentieren dabei einen Zwischenzustand zwischen fest und flüssig. Zustände wie Sol und Gel im Plasma wechseln sich in der Regel bei Konzentrationsänderungen ab. Die wichtigsten Sole in der Biologie sind Proteindispersionen in Wasser.

Kolloide: Klassifizierung nach Phasenbeschaffenheit

Die disperse Phase kann flüssig, fest oder gasförmig sein, während das Dispersionsmittel Gas, eine Flüssigkeit oder ein Feststoff sein kann. Der Übergang von Gel zu Sol wird Peptisation genannt, und der Übergang von Sol zu Gel heißt Gelierung oder Flockung.

Eigenschaften von Kolloiden im Sol-Zustand

• Tyndall-Effekt

  Die Sichtbarmachung eines Lichtstrahls beim Durchgang durch eine kolloidale Lösung.

• Brownsche Bewegung

  Die ständige, unregelmäßige Bewegung von Partikeln in alle Richtungen, verursacht durch Stöße der Moleküle des Dispersionsmittels.

• Dialyse

  Die Diffusion von gelösten Stoffen durch eine semipermeable Membran.

• Elektrophorese

  Ein physikalisches Phänomen, das die Identifizierung der elektrischen Ladungen kolloidaler Mizellen ermöglicht. Dabei werden Elektroden (Anode und Kathode) in die Lösung eingebracht.

Protoplasmatische Kolloide

Protoplasmatische Kolloide werden nach ihrer Affinität zur Dispersionsphase (im Protoplasma ist dies Wasser) in zwei Gruppen unterteilt:

• Lyophil (hydrophil)

  Diese Kolloide haben eine hohe Affinität zu Wasser. Dazu gehören Kohlenhydrate, Lipide und Proteine. Sie sind reversibel.

• Lyophob (hydrophob)

  Diese Kolloide haben keine Affinität zu Wasser als Lösungsmittel. Ihre Mizellen sind hydrophob und irreversibel.

Oberflächeneigenschaften von Kolloiden

Die Oberfläche spielt eine wichtige Rolle in der lebenden Materie, da die Zellteilung und die Anordnung zellulärer Stoffe in Formationen mit großer Oberfläche verbunden sind.

• a) Oberflächenspannung

  Wenn zwei Stoffe in Berührung kommen und sich nicht vermischen, bilden sie separate Phasen mit jeweils einer Oberfläche.

• b) Adsorption

  Adsorption ist die Anreicherung von Molekülen (Adsorbat) einer Substanz an der Oberfläche einer anderen (Adsorbens). Man muss Adsorption von Absorption unterscheiden: Während Adsorption sich auf Oberflächenkräfte bezieht, ist Absorption mit Kapillarkräften verbunden. Beispiel: Wasser wird von einem Schwamm aufgesogen (Absorption).