Europäische Forscher bewegen Objekte mit Molekular-Shuttles
Forschern der Universität Edinburgh, VK, der Universität Groningen, Niederlande, und der Universität Bologna, Italien, ist es gelungen, die erste künstliche Molekular-Maschine zu bauen, die eine mechanische Aufgabe in relativ großem Maßstab durchführen kann. Die Ergebnisse ihrer Forschung wurden in der jüngsten Ausgabe von Nature Materials veröffentlicht und wurden letzte Woche auf dem BA Festival of Science in Dublin, Irland, vorgestellt. Die Forscher meinen, dass ihre Technik bei Mikrochip-Laboren, bei der Durchführung chemischer Reaktionen im Kleinstmaßstab ohne Reaktionsgefäße, bei der Arzneimittelabgabe, bei intelligenten Werkstoffen und künstlichen Muskeln Anwendung finden könnte. Molekular-Maschinen findet man in der Biologie. Sie führen biologische Funktionen aus, wie z.B. die Bewegung von Muskeln im Körper oder die Fotosynthese. Viele Wissenschaftler arbeiten bereits mit so genannten "Molekular-Maschinen", ein Verfahren, bei dem die Bewegung der Moleküle gesteuert wird. Es ist nicht leicht, winzige künstliche Maschinen herzustellen, weil die Physik, die das Verhalten von Dingen auf molekularer Ebene bestimmt, sich von der konventionellen Physik unterscheidet. Der Durchbruch des Teams unter der Leitung der Universität Edinburgh besteht darin, dass es den Wissenschaftlern erstmals gelungen ist, dass diese winzigen Maschinen im Nanomaßstab, die nur zwei Millionstel eines Millimeters hoch sind, mit Objekten interagieren, die für das bloße Auge sichtbar sind, und sie so mit der realen Welt um uns in Kontakt kommen. Das Forschungsteam hat eine Technik entwickelt, mit der eine Goldoberfläche mit einer einzigen Schicht von Rotaxanmolekülen überzogen wird. Dies sind künstliche Molekular-"Shuttle", die die Eigenschaften der Oberfläche, auf der sie sich befinden, verändern, wenn Licht darauf fällt. Dabei bewegen sie sich einen Millionstel Millimeter nach oben und unten, wenn sie Licht ausgesetzt sind. Damit ein flüssiger Tropfen sich bewegt, fokussierte das Team einen Lichtstrahl auf eine Seite des Tropfens: Dies erzeugte einen Gradienten in der oberflächenfreien Energie entlang der Länge des Tropfens, was dazu führte, dass ein Tropfen von einem Mikroliter sich nicht nur über eine glatte Oberfläche bewegte, sondern auch an einer einen Millimeter langen 12-prozentigen Steigung entgegen der Schwerkraft nach oben. Obwohl die Bewegung winzig ist, ist die Wirkung des Phänomens im Maßstab riesig. Sie entspricht der einer konventionellen mechanischen Maschine, die Kolben um nur einen Millimeter bewegt, um ein Objekt anzuheben, das zweimal so hoch ist wie das höchste Gebäude der Welt. David Leigh, Forbes-Professor für Organische Chemie und Teamleiter an der Universität Edinburgh, erklärt: "Die Natur nutzt Moleküle als Motoren und Maschinen in allen möglichen biologischen und chemischen Prozessen. Obwohl das Verständnis des Menschen, wie man Molekular-Maschinen bauen und steuern kann, sich noch in einer frühen Phase befindet, könnten Nanowissenschaften und Nanotechnologie eine Wirkung auf die Gesellschaft haben, die unser Leben komplett verändert, und die vergleichbar ist mit der Entdeckung der Elektrizität, der Erfindung der Dampfmaschine, des Transistors oder des Internets."
Länder
Italien, Niederlande, Vereinigtes Königreich