Seit ihrer Entdeckung vor nunmehr zehn Jahren haben Nanoröhrchen Wissenschaftler und Techniker zu zahlreichen Anwendungen inspiriert. So möchte man kleinere Schaltkreise, stabilere Materialien oder hyperempfindliche Sensoren bauen. Einiges ist jetzt schon möglich, so gelang es bereits, logische Schaltungen aus den winzigen Kohlenstoffröhrchen herzustellen. Andere Ideen bedürfen jedoch noch intensiver Grundlagenforschung, um die faszinierenden und zugleich verwirrenden Eigenschaften der Nanoröhrchen vollständig zu verstehen. Beispielsweise ging man bislang davon aus, dass Wasser nicht in die kleinen Röhrchen eindringen könne. Denn ihre Öffnung ist zu klein, und die Wände stoßen Wasser aufgrund ihres "öligen" Charakters ab.

Gerhard Hummer vom National Institute of Diabetes and Digestive and Kidney Diseases und seine Kollegen wollten es genauer wissen. Dazu stellten sie ein Computermodell eines nur 1,3 Nanometer langen und 0,8 Nanometer breiten Kohlenstoffröhrchens auf, dessen innerer Radius 0,4 Nanometer betrug. Dieses umgaben sie mit einer "Box" aus 1000 Wassermolekülen, die sich frei bewegen konnten, also nicht etwa mit Gewalt in das Innere des Röhrchens gepresst wurden. Diesen Aufbau beobachteten die Wissenschaftler für 66 Nanosekunden – nicht viel, aber doch lang im Vergleich zu bisherigen Untersuchungen.

Und tatsächlich geschah das Unerwartete: Wassermoleküle drangen in das Röhrchen ein und schossen hindurch. Dabei bildeten jeweils fünf einzelne Moleküle eine Kette, die durch die Wasserstoffbrückenbindung verbunden waren. Sie gelangten deshalb hinein, da ihre Bindungsenergien außerhalb des Röhrchens nicht gleich verteilt waren. So war es für einige Moleküle energetisch günstiger, in sein Inneres einzudringen. Dies war abhängig von der Stärke der Wechselwirkung zwischen Kohlenstoff- und Wasserstoffmolekülen. Durch Variation dieser Wechselwirkung gelang es den Forschern auch, einen für das Wasser undurchdringlichen Kanal herzustellen.

Die Arbeit könnte helfen, den Flüssigkeitstransport in winzigen biologischen Kanälen zu verstehen, wie sie beispielsweise in Herzzellen vorkommen. Zusätzlich hoffen die Wissenschaftler, künstliche Nanoporen herzustellen, die sie nach Belieben öffnen und wieder schließen können, um so kontrolliert und gezielt Flüssigkeiten abzugeben. Damit wären die Nanoröhrchen um eine weitere Anwendungsmöglichkeit reicher.