EU-Projekt will die Miniaturisierung auf die Spitze treiben: Molekularmaschinen
Die Herstellung winziger, molekularer Motoren ist das Endziel des EU-finanzierten SYNNANOMOTORS-Projekts, das bei den kürzlich stattgefundenen European Science Awards zu den Gewinnern des Descartes-Preises für grenzübergreifende Verbundforschung gehörte. "Die Natur nutzt für jeden einzelnen biologischen Prozess molekulare Motoren und Maschinen", erklärte Projektkoordinator David Leigh von der Universität Edinburgh im Vereinigten Königreich. Mithilfe dieser Maschinen machen biologische Systeme Sonnenenergie nutzbar, kommunizieren miteinander, nehmen ihre Umwelt wahr und steuern unsere Bewegungen. Im Gegensatz dazu ist die Menschheit derzeit auf Maschinen angewiesen, die auf Makrotechnologien beruhen. All unsere Medikamente und Materialien basieren auf den statischen Eigenschaften dieser Substanzen. Sobald man sich jedoch im Nanobereich bewegt, verhalten sich Moleküle und Atome vollkommen anders - und genau das wollen sich die Forscher zu Nutze machen. "Wir sind in unserer großen Welt an Maschinen gewöhnt", erläuterte Professor Leigh. "Mit unserer Arbeit wollen wir versuchen, dieses Konzept zu schrumpfen und somit die ultimative Miniaturisierung zu erreichen - ein Punkt, an dem die Maschinen selbst Moleküle sind." Eine zufällige Entdeckung entwickelte sich zur Inspiration für dieses Projekt. Als Teil des Versuchs, einen neuen chemischen Sensor zu erschaffen, wollten Professor Leigh und sein Team ein großes, ringförmiges Molekül herstellen. Stattdessen schufen sie zwei ineinander verschlungene, ringförmige Moleküle, die aussahen wie die Glieder einer Kette. Die weitere Untersuchung dieses Systems führte zur Herstellung von Verbindungen, so genannten Rotaxanen, bei denen ein Rad-Molekül auf ein Achsen-Molekül gefädelt wird. Mit diesen Molekülen schuf das Team des SYNNANOMOTORS-Projekts den ersten molekularen Motor, indem es eine mit Rotaxanen modifizierte Oberfläche zum Aufwärtstransport eines Flüssigkeitstropfens nutzte. In diesem Fall brachte ein Lichtschein vor dem Tropfen die Moleküle in Bewegung, wobei das Wasser von dem winzigen Motor richtiggehend angetrieben wurde. Die Projektpartner hoffen, dass diese Technologie eines Tages zum Transport von Ladungen, wie beispielsweise von Medikamenten, innerhalb des Körpers verwendet werden kann. In der Zwischenzeit kommen Nanomotoren auch bei der Informationsspeicherung zum Einsatz. Wenn in einem System mit zwei ineinander verschlungenen Ringen die Ausrichtung der Ringe verändert wird, ändern sich auch die Eigenschaften der Substanz. Bei einer Ausrichtung kann sie beispielsweise fluoreszierend sein, während sie es bei einer anderen nicht ist. Das bedeutet, dass Informationen optisch von einem mit Molekülen bedeckten Polymerfilm "gelesen" werden können. Der Projektteilnehmer Professor Wybren Jan Buma von der Universität Amsterdam in den Niederlanden erklärt, dass der erste kommerzielle Einsatz dieser winzigen Motoren bereits in Planung ist. "Wenn Sie eine extrem dünne Schicht dieser Moleküle auf eine Oberfläche bringen, sie dann mit einer sehr scharfen Spitze berühren und ein Atom verschieben, erhalten Sie bestimmte Muster", erläuterte er in einem Interview mit CORDIS News. Das sich ergebende Tröpfchenmuster kann gesteuert werden. Ein Ablegerunternehmen nutzt diese Technik momentan zu Identifikations- und Nachahmungszwecken. "Wie Sie sehen, wenden wir die Technik bereits an", fügte er hinzu. Zu den Projektpartnern gehören europäische Experten aus den Bereichen Chemie, Physik, Oberflächenwissenschaft und Nanotechnologie. Bei der Preisübergabe zollte Professor Leigh jedoch den jüngeren Mitgliedern der Arbeitsgemeinschaft für ihre harte Arbeit Anerkennung. "Ich bin mir sicher, dass es zur Feier des Tages jede Menge Pizza und Bier im Labor gibt", sagte er.