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Nanotechnologie: Gekoppelte Bewegung bei künstlichen Molekülen

An Einzelelementen mangelt es nicht im Nanobaukasten, aus dem eines Tages revolutionäre neue Technologien entstehen sollen. Doch bislang arbeiten die Greifer, Förderbänder, Rotoren und Pinzetten alle isoliert vor sich hin. Was fehlt, sind gekoppelte Systeme, die ihre Dynamik von einem Teil auf das nächste übertragen können. Eine Grupper japanischer Forscher um Takuzo Aida von der Universität Tokio hat so ein Team auf molekularer Ebene nun mit synthetischen Bauteilen realisiert.

Hauptakteur ihrer Konstruktion ist ein zweiarmiges Molekül, das ein wenig an eine Grillzange erinnert. Zwischen deren Enden ist ein zweites, kleinere Molekül gespannt, das zwar keine echte kovalente Bindung zu der Zange eingeht, aber dennoch einen relativ stabilen Komplex mit ihm bildet. Fällt ultraviolettes Licht auf das Zangenmolekül, ändert es an seiner Basis seine Struktur: Es geht von der weiteren trans- in die engere cis-Konfiguration über, wobei die beiden Zangenarme über ein mittleres molekulares Scharnier wie bei einer Schere bewegt werden. Ihre Enden entfernen sich dadurch voneinander und ziehen ihrerseits an dem komplexgebundenen zweiten Molekül, das vom dem mechanischen Zwang verdreht wird. Eine Beleuchtung mit sichtbarem Licht induziert den umgekehrten Übergang von der cis- zur trans-Konfiguration. Die gekoppelte Bewegung ist also problemlos umkehrbar.

Die japanische Molekülzange mit nachgeschaltetem Drillelement wird in dieser Form sicherlich nicht unmittelbar in eine Nanomaschine einfließen. Aber sie zeigt, nach welchen Prinzipien Licht von verschiedener Wellenlänge eine geradelinige Bewegung auslösen kann, die dann bei einem anderen Bauteil als Teilrotation verwendet werden kann. Die Nanotechnologie erschließt sich langsam die Welt der zwei Teilchen.

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