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CHEMIE: Molekularer Superknoten

Es ist der engste Knoten, den Chemiker je geknüpft haben. Seine Struktur ähnelt der eines keltischen Knotens, bei dem sich ein Endlosband über vier Schlaufen achtmal überkreuzt. Ohne Mikroskop kann man das komplexe Gebilde jedoch nicht sehen – denn es ist gerade einmal 20 milliardstel Meter lang und besteht aus nur 192 Atomen.

Solche Konstrukte stellen die Wissenschaftler um David Leigh von der Uni­versity of Manchester her, indem sie drei Molekülstränge miteinander verflechten und ihre Enden chemisch verbinden. So entsteht ein verschlungener Nanofaden. Eisen(II)-Ionen stabilisieren seine räumliche Struktur an vier Kreuzungspunkten, indem sie den Faden an je drei Stellen fixieren. Der Faden selbst ist ein organisches Molekül aus Kohlenstoff, Stick­stoff, Sauerstoff sowie Wasserstoff – und nur ein 10 000stel so dick wie ein menschliches Haar.

Leigh und seine Kollegen erzeugen den molekularen Knoten in mehreren auf­einander folgenden chemi­schen Reaktionen. Nur bei sehr genauer Kontrolle der Reaktionsbedingungen lagern sich die einzelnen Bestandteile in der gewünschten Form zusammen. Jeder Verfahrenszyklus bringt mehrere Milliarden Miniaturknoten hervor.

Wofür sich das Molekül eventuell nutzen lässt, beginnen die Wissenschaftler erst zu untersuchen. Sie hoffen, dass ihre Technik einmal neue industrielle Fertigungsverfahren und Anwendungen ermöglichen wird.

Besonders eng geknüpfte und verflochtene Polymere könnten den Weg ebnen zu leichteren, flexibleren und dennoch stärker belastbaren Stoffen – beispielsweise in kugelsicheren Westen oder als dichte und reißfeste Gewebe für chirurgische Anwendungen.

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  • Quelle

Danon, J. J. et al.: Braiding a Molecular Knot with Eight Crossings. In: Science 355, S. 159 - 162, 2017