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Nanotechnik

U-Boot aus 244 Atomen

Wissenschaftler der Rice Univer­sity (Houston, USA) haben ein Molekül aus 244 Atomen konstruiert, das sich wie ein U-Boot durchs Wasser bewegt. Angetrieben wird es von UV-Licht. Ein Teil des Moleküls funktioniert wie ein Rotor, der durch Drehung Vortrieb erzeugt, vergleichbar den (größeren) Flagellen von Bakterien.

Der Rotor ist über eine Doppelbindung mit dem Rest des Moleküls verbunden. Nach Anregung durch ein UV-Lichtquant vollzieht er eine Vierteldrehung. Weil ihn das in eine energetisch ungünstigere Position bringt, springt er anschließend eine Vierteldrehung weiter, und zwar wegen der Chiralität des Moleküls in die gleiche Drehrichtung. Der Vorgang wiederholt sich so lange, wie UV-Licht einfällt.

Jede volle Rotordrehung bringt das Molekül 18 Nanometer (milliardstel Meter) voran. Mit mehr als einer Million Umdrehungen pro Sekunde bewegen sich die Moleküle damit deutlich schneller als nur durch passive Diffusion, die von thermischen Stößen der Umgebung angetrieben wird. Allerdings lässt sich die Bewegung nicht steuern und folgt somit einem Zufallspfad.

Konkrete Anwendungen für das monomolekulare Gefährt sind noch nicht in Sicht. Am ehesten kommt es für medizinische Zwecke in Frage. Im Juli dieses Jahres entwickelte ein anderes Team aus einem Nanomotor ein neues Krebsmedikament. Der Wirkstoff enthält eine Stickstoffdoppelbindung, die zwei Molekülteile voneinander trennt und so ihre Aktivierung verhindert. Bei Lichteinfall löst sich die Bindung und erlaubt den Molekülteilen, sich in den aktiven Zustand zu drehen. Dadurch wird es möglich, das Medi­kament durch gezielte Beleuchtung nur in bestimmten Körperregionen wirken zu lassen.

Januar 2016

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum der Wissenschaft Januar 2016

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