Molekülketten als 'Drähte'

News: Molekülketten als 'Drähte'

Moderne opto-elektronische Bauteile, etwa Sensoren oder auch Systeme zur Umwandlung von Sonnenenergie, werden immer kleiner. Winzige, aber hochleistungsfähige Drähte werden dabei benötigt, um elektrische und Lichtsignale möglichst effektiv von einem Punkt zu einem anderen zu leiten. Einzelne stabförmige Moleküle sind offenbar geeignet, diese Aufgaben zu übernehmen.

Die Synthese solcher molekularer "Drähte" stellt Chemiker vor eine besondere Herausforderung, denn sie müssen lange Molekülstäbe schaffen, die eine einheitliche, definierte Länge aufweisen. Gleichzeitig müssen die optischen und elektronischen Eigenschaften der winzigen Drähte bestimmte Anforderungen erfüllen. Japanische Forscher um Atsuhiro Osuka haben sich dieser Herausforderung erfolgreich gestellt: Für molekulare Drähte, die Licht weiterleiten, konnten sie einen vielversprechenden Konstruktionsansatz entwickeln.

Und wieder einmal hat sich dabei etwas als nützlich erwiesen, das auch schon Mutter Natur einsetzt: Als Bausteine für ihre Drähte haben die Chemiker Porphyrine erkoren. Porphyrine sind ein wichtiger Bestandteil vieler Enzyme, etwa unseres roten Blutfarbstoffes Hämoglobin. Als Bestandteil des grünen Blattfarbstoffes Chlorophyll sind Porphyrin-Einheiten wesentlich an der Photosynthese der Pflanzen beteiligt. Sie helfen mit, die Energie des Sonnenlichtes für die Pflanze chemisch nutzbar zu machen.

Porphyrine sind stabile ringförmige Moleküle mit einer starren planaren Struktur. Osuka und seine Kollegen haben es geschafft, bis zu 128 dieser Bausteine aneinander zu hängen. Dabei sind die Ebenen der Ringe um jeweils 90 Grad gegeneinander versetzt. "Das sind die längsten bisher hergestellten stabförmigen Moleküle mit definierter einheitlicher Länge," betont Osuka. "Aber damit ist das Limit noch lange nicht erreicht, wir arbeiten bereits sehr erfolgreich an wesentlich längeren Porphyrin-Ketten."

Die Elektronen der einzelnen Bausteine stehen in einer starken Wechselwirkung miteinander, die sehr weitreichend ist. Werden die Elektronen eines Ringes durch Aufnahme eines Lichtquants, also von Lichtenergie, angeregt, geben sie diese Anregung an den nächsten Baustein weiter. Dieses Elektron-Loch-Paar – Exciton genannt – wird auf diese Weise rasch entlang der Kette übertragen. Auf Grund ihrer günstigen optischen und elektronischen Eigenschaften sind diese regelmäßig angeordneten Porphyrin-Ketten vielversprechende Kandidaten für biochemische Leiter in opto-elektronischen Miniaturbauteilen.

Siehe auch

Spektrum Ticker vom 21.9.1999
"DNA unter Strom"
(nur für Ticker-Abonnenten zugänglich)
Spektrum Brennpunkt-Thema vom 9.4.1999
"DNA: nur Strick- oder auch Leiter?"