• Deutschlandfunk bei Facebook
  • Deutschlandfunk bei Twitter
  • Deutschlandfunk bei Instagram

 
 
Seit 02:07 Uhr Klassik live
StartseiteForschung aktuellMolekularer Vierradantrieb05.10.2016

Nobelpreis für Chemie 2016Molekularer Vierradantrieb

Bereits 2011 berichtete der DLF über den Bau des kleinsten Elektroautos der Welt. Gerade einmal zwei Nanometer war es groß. Damit konnten die Wissenschaftler, unter ihnen der künftige Chemienobelpreis-Träger Feringa, zeigen, dass man Moleküle konstruieren kann, die wie makroskopische Maschinen funktionieren.

Von Ralf Krauter

Ein winziges Nano-Auto bewegt sich auf einer Kupferscheibe. Das kleinste Auto der Welt besteht aus einem einzigen Molekül, ist nur rund einen milliardstel Meter (Nanometer) lang und wird elektrisch angetrieben. (Universität Groningen/Randy Wind und Martin Roelfs)
Ein winziges Nano-Auto bewegt sich auf einer Kupferscheibe. Das kleinste Auto der Welt besteht aus einem einzigen Molekül, ist nur rund einen milliardstel Meter (Nanometer) lang und wird elektrisch angetrieben. (Universität Groningen/Randy Wind und Martin Roelfs)
Mehr zum Thema

Stoddart, Feringa und Sauvage Bodenständige Nobelpreisträger

Nobelpreis für Chemie Auszeichnung für drei Molekularforscher

Haldane, Thouless und Kosterlitz Drei Briten, drei brillante Köpfe, drei Nobelpreisträger

Dossier: Nobelpreise 2016

Der Beitrag ist eine Wiederholung aus "Forschung aktuell" vom 10. November 2011.

Das kleinste Elektroauto der Welt ist so winzig, dass es nur unter dem Rastertunnelmikroskop zu erkennen ist. Rund zwei Nanometer, also zwei Millionstel Millimeter, misst das organische Molekül, das Tibor Kudernac von der Universität Twente gemeinsam mit Kollegen hergestellt hat. Seine Form ähnelt einem Chassis mit vier Rädern dran:

"In fact, it's not really the shape, that has much in common, rather the function, what it does."

Rein äußerlich habe das Ganze mit einem Auto nur wenig gemein, räumt der promovierte Chemiker ein. Aber was die Funktion angehe, da gebe es durchaus Parallelen:

"Wir haben ein Molekül hergestellt, das vier drehbare Teile hat, die wir als Rotoren bezeichnen. Diese vier Rotoren an den Seiten funktionieren wie die Räder eines Autos. Das Molekül steht darauf und sobald wir es mit Strom versorgen, beginnen sie sich zu drehen und bewegen das Ganze vorwärts."

Die vier Räder arbeiten wie winzige Schrittmotoren. Setzt man sie kurz unter Strom, rotieren sie einmal um ihre Achse und bewegen das Molekül dadurch um eine knappe Wagenlänge voran. Um das Elektromobil fahren zu lassen, setzen es die Forscher im Vakuum auf eine leitende Kupferplatte und kühlen es auf sieben Grad über dem absoluten Nullpunkt.

Moleküle, die wie makroskopische Maschinen funktionieren

Dann bringen sie die Nadel eines Rastertunnelmikroskops so nahe heran, dass Elektronen von der Nadelspitze zum Vierrad-Molekül springen. Doch jeder Strompuls liefert nur eine Radumdrehung, dann muss die Mikroskopnadel nachgeführt werden. Temporekorde lassen sich so nicht aufstellen. Aber darum gehe es auch gar nicht, sagt Tibor Kudernac:

"Das entscheidende an unserer Arbeit: Wir konnten zeigen, dass man Moleküle konstruieren kann, die wie makroskopische Maschinen funktionieren. Man steckt Energie rein und bekommt dafür eine mechanische Bewegung. Die Natur hat im Laufe der Evolution eine Vielzahl biomolekularer Motoren hervorgebracht, die auf zellulärer Ebene - etwa in unserem Körper - die verschiedensten Arbeiten verrichten. Wenn wir künftig synthetische Moleküle bauen können, die Vergleichbares leisten, eröffnet das neue Möglichkeiten."

Und zwar vor allem für die Grundlagenforschung, sagt der Nanoexperte Paul Weiss, Professor an der University of California in Los Angeles:

"There isn't a direct application of this work. The idea is to capture some of the advantages that are in the natural world."

Mikroskopische Motoren reagieren auch auf Lichtimpulse

Konkrete Anwendungen des synthetischen Nanomobils sehe er derzeit nicht, erklärt Weiss. Aber es sei ein wichtiger Schritt, um Antworten auf Fragen zu finden, die Wissenschaftler schon lange umtreiben:

"Wie kann ein biologischer Motor so unglaublich effizient arbeiten? Alle Motoren die wir bauen, etwa um ein Auto anzutreiben, wandeln Energie viel ineffizienter in Bewegung um. Wir wollen die Tricks der Natur verstehen, um sie nachmachen zu können. Dazu zählt auch das Zusammenspiel vieler molekularer Motoren, zum Beispiel in unseren Muskeln.

Eine Frage lautet daher: Was passiert in künstlichen Systemen, wo mehrere Motoren zusammen spielen? Und da hat die Gruppe aus den Niederlanden bemerkenswertes geleistet, indem sie vier molekulare Motoren dazu brachte, in einem Molekül zusammen zu arbeiten."

Weil die Motoren des niederländischen Elektromobils auch auf Licht anspringen, sollen anstelle von Strom demnächst Lichtpulse als Antrieb dienen. So ließe sich der Aktionsradius vergrößern und vielleicht könnten die Vierrad-Moleküle künftig sogar auf Befehl ihren Kurs ändern. Momentan fahren sie je nach Design entweder nur geradeaus oder immer im Kreis.

Das könnte sie auch interessieren

Entdecken Sie den Deutschlandfunk