Nobelpreis für Chemie: Unsichtbare Autos und Fahrstühle

Winzige Nanomaschinen sind fürs Auge nicht sichtbar. Mini-Autos und künstliche Muskeln demonstrieren die Möglichkeiten der Technik.

Ein Nano-Auto auf einer Kuperplatte

Das Nano-Auto auf der Kupferplatte ist nur 0,000.000.001 Meter lang Foto: Randy Wind und Martin Roelfs/Universität Groningen/dpa

BERLIN taz/dpa/ap | Der Nobelpreis für Chemie geht dieses Jahr an drei Molekülforscher, die Maschinen im Nanoformat entwickelt haben: Den Preis teilen sich der Franzose Jean-Pierre Sauvage, der gebürtige Brite James Fraser Stoddart und Bernard Feringa von der Universität Groningen in den Niederlanden. Die drei Forscher haben aus nur wenigen Molekülen unter anderem eine Art Fahrstuhl, künstliche Muskeln und ein Miniauto hergestellt.

Noch gehören diese Forschungsarbeiten zur Grundlagenforschung, doch künftig könnten die molekularen Maschinen für neue Materialien, Sensoren oder Energiespeicher verwendet werden, teilte die Königlich Schwedische Akademie der Wissenschaften in Stockholm mit. Die Preisträger seien in eine ganz neue Dimension der Chemie vorgedrungen, hieß es von den Juroren.

„Sie haben Moleküle entwickelt, deren Bewegungen man kontrollieren kann und die eine Aufgabe erfüllen, wenn sie die dafür nötige Energie bekommen.“

Durch diese Arbeiten seien andere Forscher inspiriert worden, darauf aufbauend weiterentwickelte Molekular-Maschinen zu bauen, darunter 2013 ein Roboter, der Aminosäuren ergreifen und verbinden kann. Für das menschliche Auge sind die künstlichen Maschinen unsichtbar. Sie sind über tausendmal kleiner als der Durchmesser eines Haares.

Den ersten Schritt machte der Franzose Jean-Pierre Sauvage, 71, an der Universität Straßburg im Jahr 1983: Er baute damals aus Molekülen zwei Ringe, die wie Kettenglieder zusammenhängen und sich wie diese locker bewegen können.

Auf diese Forschungsarbeiten aufbauend, entwickelte in den 1990er Jahren James Fraser Stoddart, 74, an der Northwestern University in Evanston, USA, molekulare Achsen und zugehörige Ringe, die darauf auf- und absteigen können – sogenannte Rotaxane.

Ein Mini-Computer

Auf dieser Grundlage schufen er und sein Team winzige Aufzüge und künstliche Muskeln. Die Rotaxane nutzte Stoddart zudem, um Computerchips zu bauen, die zwar nur 20 Kilobyte speichern können, dafür aber viel kleiner sind als herkömmliche Chips. Einige Forscher glauben, dass diese Chips die Computerwelt einmal so revolutionieren könnten wie es einst die Transistoren taten.

Der Niederländer Bernard Feringa, 65, von der Universität Groningen baute schließlich als Erster einen molekularen Motor, der sich kontinuierlich in eine Richtung drehte. 2011 folgte sein „Nano-Auto“. Dazu montierten er und sein Team die Motoren als Antriebsräder an einen zentralen Träger. Das Fahrzeug sei nur rund einen Milliardstel Meter (Nanometer) lang, schrieben die Forscher im Wissenschaftsmagazin Nature. Es werde über die Spitze eines Rastertunnelmikroskops mit Strom versorgt und mit kurzen Spannungsimpulsen in Bewegung versetzt. Mit zehn Impulsen sei das Auto etwa sechs Nanometer weit über eine Kupferoberfläche gefahren.

„Die drei Nobelpreisträger haben dieses ganze Feld von molekularen Maschinen eröffnet“, sagte Nobel-Juror Olof Ramström. Damit habe eine „Revolution“ begonnen. „Die Entwicklungsstufe hier ist ähnlich der zu Beginn des 19. Jahrhunderts, als viele Forscher zeigten, dass elektrische Maschinen möglich sein könnten. Die Zukunft wird zeigen, wie wir das hier anwenden können.“

Sauvage war völlig überrascht, als er von der Verleihung des Nobelpreises erfuhr. Dem französischen Sender iTele sagte er: „Es ist der prestigeträchtigste Preis, der Preis, von dem die meisten Wissenschaftler noch nicht einmal in ihren wildesten Träumen zu träumen wagen.“

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