Abo
  • Services:
Anzeige
Ein molekulares Auto, das von den Nobelpreisträgern konstruiert wurde.
Ein molekulares Auto, das von den Nobelpreisträgern konstruiert wurde. (Bild: Nobelpreiskomitee)

Nobelpreis: Die Wissenschaft vom molekularen Spielzeug

Ein molekulares Auto, das von den Nobelpreisträgern konstruiert wurde.
Ein molekulares Auto, das von den Nobelpreisträgern konstruiert wurde. (Bild: Nobelpreiskomitee)

Der Nobelpreis für Chemie wurde diesmal für die Entwicklung molekularen Maschinen vergeben. Wir zeigen, woraus sie bestehen, warum sie immer noch Spielzeug sind und warum sie trotzdem gebraucht werden.
Von Frank Wunderlich-Pfeiffer

Richard Feynman hielt 1959 seinen berühmten Vortrag there is plenty of room at the bottom. Darin beschrieb er, dass es noch viele ungenutzte Möglichkeiten gibt, Maschinen kleiner zu bauen, als sie damals existierten. Auch so klein, dass sie nicht einmal mehr im Mikroskop zu sehen sein würden. Er hatte dafür einen guten Grund. Die Natur macht es vor. Selbst im Inneren der kleinsten Bakterien muss es Mechanismen geben, die Dinge gezielt bewegen können. Also muss es möglich sein, Mechanismen dieser Größe zu konstruieren.

Anzeige

Der Nobelpreis in Chemie ehrt in diesem Jahr drei Chemiker, die große Fortschritte in der Entwicklung der dafür nötigen Bauteile gemacht haben. Die offizielle Begründung "für Entwurf und Synthese molekularer Maschinen" geht allerdings recht großzügig mit dem Begriff Maschine um. Die Grundlagen für die aktuelle Forschung wurden schon in den 1950er Jahren gelegt. Sie begannen als chemische Kuriosität.

Moleküle bestehen in der Chemie im Allgemeinen aus Atomen, die durch chemische Verbindungen direkt aneinandergekoppelt sind. In der organischen Chemie konnten so schon in den 50er Jahren gezielt unterschiedliche geometrische Formen von Molekülen synthetisiert werden. Dabei kam die Idee auf, dass es möglich sein sollte, zwei ringförmige Moleküle nicht nur durch chemische Verbindungen aneinanderzukoppeln, sondern auch zwei Ringe wie zwei Kettenglieder zu verbinden und ineinander zu verschachteln. Es besteht dann keine chemische Verbindung zwischen den beiden Ringen, sie sind nur rein topologisch nicht in der Lage, sich voneinander zu trennen.

Zur Erzeugung der Ringe sollten dabei Molekülketten dienen, mit Enden, die sich dann zu einem Ring verbinden lassen. Dabei sollte die Kette so gestaltet sein, dass sie eher hydrophob ist und sich deshalb vorzugsweise in das Innere eines schon gebildeten Rings begibt, bevor sich die beiden Enden der Kette verbinden. In den 1950er Jahren scheiterten die Chemiker aber noch daran, diese Reaktion tatsächlich stattfinden zu lassen. Erst in den 1960er Jahren konnten die ersten derartigen Moleküle hergestellt werden, auch wenn der Prozess wenig ergiebig war. Nur wenige Ringe wurden tatsächlich wie gewünscht ineinander verschachtelt.

Gezielte Konstruktionen wurden möglich

1983 gelang es schließlich Jean Pierre Sauvage, einem der drei ausgezeichneten Chemiker, einen zuverlässigeren Prozess zu finden. Dabei werden sichelförmige Moleküle als Ausgangsstoffe benutzt, die sich leichter zu einem Ring schließen lassen als die geraden Ketten. Zusätzlich werden sie mit Hilfe von Kupferionen stabilisiert, bis sie sich miteinader verknüpfen. Später gelangen auch schwierigere Konstruktionen aus drei Ringen.

Einer Forschergruppe um Sir James Fraser Stoddart, dem zweiten ausgezeichneten Chemiker, gelang es in den frühen 1990er Jahren gerade, langkettige Moleküle in ein ringförmiges Molekül, sogenanntes Rotaxan, zu stecken und dabei an beiden Enden mit Stoppern zu versehen. Das Besondere an dieser Konstruktion war, dass der ringförmige Teil dazu gebracht werden konnte, sich zwischen den beiden Stoppern hin und her zu bewegen. Der Forschergruppe um Sauvage gelang es außerdem, einen solchen Ring gezielt um das gerade kettenförmige Molekül rotieren zu lassen, wie ein Rad um eine Achse.

Aber erst Bernard Feringa, dem dritten Preisträger, gelang auch eine gezielte Rotation in eine bestimmte Richtung, mit UV-Licht als Energiequelle. Mit diesen Techniken konnte auch das molekulare Auto gebaut werden. Dazu kamen noch weitere Molekülkonstruktionen, die wie Muskeln ausgedehnt und zusammengezogen werden können. Aber bei keiner dieser Konstruktionen handelt es sich um echte Maschinen. Es sind Spielzeuge, die keinen anderen Zweck als den Selbstzweck erfüllen.

Keine Maschine ohne Spielzeug 

eye home zur Startseite



Anzeige

Stellenmarkt
  1. Sky Deutschland GmbH, Unterföhring bei München
  2. Techniker Krankenkasse, Hamburg
  3. Robert Bosch GmbH, Leonberg
  4. Pyrexx GmbH, Berlin


Anzeige
Top-Angebote
  1. 39,99€ mit Gutschein VFL6ESJY
  2. 199,90€ + 5,99€ Versand (Vergleichspreis CPU 206,39€)
  3. 189€

Folgen Sie uns
       


  1. Breko

    Waipu TV gibt es jetzt für alle Netzbetreiber

  2. Magento

    Kreditkartendaten von bis zu 40.000 Oneplus-Käufern kopiert

  3. Games

    US-Spielemarkt wächst 2017 zweistellig

  4. Boeing und SpaceX

    ISS bald ohne US-Astronauten?

  5. E-Mail-Konto

    90 Prozent der Gmail-Nutzer nutzen keinen zweiten Faktor

  6. USK

    Nintendo Labo landet fast im Altpapier

  7. ARM-SoC-Hersteller

    Qualcomm darf NXP übernehmen

  8. Windows-API-Nachbau

    Wine 3.0 bringt Direct3D 11 und eine Android-App

  9. Echtzeit-Strategie

    Definitive Edition von Age of Empires hat neuen Termin

  10. Ein Jahr Trump

    Der Cheerleader der deregulierten Wirtschaft



Haben wir etwas übersehen?

E-Mail an news@golem.de


Anzeige
EU-Urheberrechtsreform: Abmahnungen treffen "nur die Dummen"
EU-Urheberrechtsreform
Abmahnungen treffen "nur die Dummen"
  1. Leistungsschutzrecht EU-Kommission hält kritische Studie zurück
  2. Leistungsschutzrecht EU-Staaten uneins bei Urheberrechtsreform

Security: Das Jahr, in dem die Firmware brach
Security
Das Jahr, in dem die Firmware brach
  1. Wallet Programmierbare Kreditkarte mit ePaper, Akku und Mobilfunk
  2. Fehlalarm Falsche Raketenwarnung verunsichert Hawaii
  3. Asynchronous Ratcheting Tree Facebook demonstriert sicheren Gruppenchat für Apps

Computerforschung: Quantencomputer aus Silizium werden realistisch
Computerforschung
Quantencomputer aus Silizium werden realistisch
  1. Tangle Lake Intel zeigt 49-Qubit-Chip
  2. Die Woche im Video Alles kaputt
  3. Q# und QDK Microsoft veröffentlicht Entwicklungskit für Quantenrechner

  1. Re: "Das Eigenlob Trumps ließ nicht lange auf...

    Teebecher | 03:50

  2. Re: DOW Jones +30% in nur einem Jahr

    Teebecher | 03:41

  3. Re: Geht das überhaupt bei Thunderbird?

    logged_in | 03:23

  4. Kaufen Sie einen echten Reisepass, Führerschein...

    shako221 | 03:18

  5. Kaufen Sie einen echten Reisepass, Führerschein...

    shako221 | 03:18


  1. 18:53

  2. 17:28

  3. 16:59

  4. 16:21

  5. 16:02

  6. 15:29

  7. 14:47

  8. 13:05


  1. Themen
  2. A
  3. B
  4. C
  5. D
  6. E
  7. F
  8. G
  9. H
  10. I
  11. J
  12. K
  13. L
  14. M
  15. N
  16. O
  17. P
  18. Q
  19. R
  20. S
  21. T
  22. U
  23. V
  24. W
  25. X
  26. Y
  27. Z
  28. #
 
    •  / 
    Zum Artikel