Vorstoß in die dritte Dimension

News: Vorstoß in die dritte Dimension

Wissenschaftler versprechen sich von der Nano-Forschung ja so allerlei. Nagelneue Materialien mit bislang unerreichten Eigenschaften soll sie uns liefern. Auch wenn die Anwendung hier und da noch ein bisschen auf sich warten lässt, so bringen uns die bizarren submikroskopischen Strukturen doch immer wieder zum Staunen. Die Kreationen kalifornischer Wissenschaftler sind ebenfalls dazu angetan, uns die Faszination des Kleinen zu vermitteln - vorausgesetzt man sieht überhaupt etwas. Denn es bedarf schon eines gewissen Aufwandes, die komplex strukturierten Glas-Krümel dreidimensional sichtbar zu machen.

Die Spielwiese der Nanowelt hat uns schon so manches Kuriosum beschert. Fußballartige Kohlenstoffmoleküle, die Fullerene, üben zum Beispiel eine magische Anziehungskraft auf die Forschergemeinde aus. Aber auch Nanoröhren in allen erdenklichen Ausführungen, Partikel mit kleinsten Abmessungen oder Drähte tausend Mal dünner als ein menschliches Haar faszinieren nicht nur die Wissenschaftler ungemein. Besonders ansehnlich sind unter anderem auch poröse, glasartige Nanostrukturen. Sie ähneln Eiskristallen, nur sind sie viel kleiner – sehr viel kleiner.

Die Poren, Höhlen und Kanäle, die das Material durchziehen, haben Abmessungen zwischen einem und fünfzig Nanometern und sind mit normalen optischen Methoden längst nicht mehr zu erkennen. Galen Stucky und seine Kollegen von der University of California in Santa Barbara produzieren die phantastischen Nanogebilde schon seit einigen Jahren. Bislang blieb den Forschern aber die volle Schönheit des luftigen Materials verschlossen, da sie mit herkömmlicher Elektronenmikroskopie lediglich eine zweidimensionale Projektion der Struktur sehen konnten.

Dank tatkräftiger Unterstützung zweier weiterer Gruppen von der Tohoku University in Sendai und dem Research Institute of Chemical Technology in Taejon gelang es nun, dreidimensionale Bilder der Glas-Formationen aufzunehmen (Nature vom 23. November 2000). Die Universität in Sendai stellte dafür ihr hochauflösendes Elektronenmikroskop zur Verfügung. Das zwei Stockwerke hohe Gerät ist speziell dafür ausgelegt, periodische Strukturen zu untersuchen, die eine Ordnung im mittleren, jedoch nicht unbedingt im kleinen Maßstab aufweisen. Derartige Proben liefert die Gruppe um Stucky. Das poröse Material zeigt sich im atomaren Maßstab ungeordnet, im Bereich von Nanometern bildet sich aber durch Selbstorganisation ein wiederkehrendes Arrangement aus.

Das Mikroskop der Japaner liefert zwar zunächst auch nur zweidimensionale Informationen, dank geschickter Kombination mathematischer Methoden, insbesondere der so genannten Fouriertransformation, erhalten die Forscher aber schließlich ein dreidimensionales Abbild der untersuchten Struktur. Da nun das Aussehen bis ins Detail bekannt ist, steht weiteren Anwendungen der Poren Tür und Tor offen. Biotechnologen, Molekulargenetiker und Biochemiker haben schon ihr Interesse an den löchrigen Gebilden angemeldet.

"Wir können Poren so groß wie ein Protein machen", erzählt Stuckly stolz. "So können wir Biomoleküle wie Proteine oder DNA trennen oder selektiv verpacken, in einer Art und Weise, die sie fertig für den Gebrauch macht." Potenzielle Anwendungen für die glasartigen Nanostrukturen sind Laser, optische Fasern sowie die Ummantelungen von Computerchips. In dem Material ließen sich auch gut Nährstoffe für Pflanzen einlagern und bei Bedarf langsam wieder freisetzen. Auch hochsensitive Detektoren zum Aufspüren von Umweltgiften wären denkbar.

Siehe auch

Spektrum Ticker vom 9.10.2000
"Klein, aber fein"

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