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Lexikon der Biologie: molekularer Schalter

molekularer Schalter, molekulares Gegenstück zu den in der Elektronik üblichen elektrischen Schaltern. Molekulare Schalter bestehen aus Molekülen, die sich reversibel in 2 stabile Zustände überführen lassen und dadurch binäre (1 oder 0) Informationen übertragen können. Im Gegensatz zu klassischen Schaltern sind molekulare Schalter nur wenige Nanometer (10–9 m) groß und eröffnen damit Nanotechnologen (Nanotechnologie), Biomedizinern (Biomedizin, biomedizinische Technik) und Computerchip-Designern völlig neue Perspektiven. Einen photochemischen molekularen Schalter entwickelten Chemiker aus einer Mischung des biologischen Farbstoffs Eosin-Y (Eosin) und einer Verbindung von Azobenzol mit 4,4'-Bipyridin (Viologen). Eosin-Y ist ein roter Farbstoff, absorbiert also grünes Licht. Wenn es jedoch mit der Azobenzol-Bipyridin-Verbindung einen Ladungstransferkomplex bildet, wird es für grünes Licht durchlässig. Durch Einstrahlung von ultraviolettem Licht (λ =366 nm; Ultraviolett) wird die Mischung für grünes Licht durchlässig – der Schalter ist eingeschaltet; Einstrahlung von Licht einer Wellenlänge oberhalb von 400 nm schaltet den Schalter wieder aus. Chemiker und Materialwissenschaftler experimentieren gegenwärtig mit verschiedenen Substanzen, die sich als molekulare Schalter eignen. Dazu gehören: mit Licht schaltbare Diarylalkene und Fulgide, Azulene, lichtsensitive Polymere, Monolayer und Dünnschichten, supramolekulare Verbindungen, Rotaxane und Catenane, aber auch Moleküle, mit denen sich elektrooptische Schalter, chiroptische Schalter und biomolekulare Schalter konstruieren lassen. Kürzlich entwickelten Wissenschaftler einen molekularen Schalter, der – wie ein Transistor – verschiedene Schaltzustände einnehmen und Ströme verstärken kann. Da Transistoren die wesentlichen Bauteile von Computerchips sind, rücken mit diesen molekularen Transistoren und molekularen Speichern auch molekulare Computer (z.B. optische Computer) in den Bereich des Machbaren. Bakteriorhodopsin, Biochips, Bioelektronik, DNA-Computer, Isopropyl-β-thiogalactosid.

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