Heute Morgen wurden drei Pioniere auf dem Gebiet der Chemie - Jean-Pierre Sauvage, J. Fraser Stoddart und Bernard L. Feringa - für ihre Arbeiten an molekularen Maschinen mit dem Nobelpreis für Chemie ausgezeichnet. Anstelle von Eisen und Stahl verwenden diese winzigen Geräte molekulare Komponenten, die sich wie lebensgroße Kurbeln und Kolben drehen und pumpen. Unsichtbar für das bloße Auge könnten diese Nanomaschinen schließlich in neuen Materialien, Sensoren oder sogar zur gezielten Abgabe von Medikamenten eingesetzt werden.
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Das Trio leistete große Beiträge zu einer molekularen Toolbox, die für diese Geräte im Nanomaßstab erst der Anfang ist. "Ich fühle mich ein bisschen wie die Gebrüder Wright, die vor 100 Jahren zum ersten Mal geflogen sind, und die Leute sagten, warum wir eine Flugmaschine brauchen?", Berichtete Feringa dem Nobelkomitee während eines Telefongesprächs im Guardian. "Und jetzt haben wir die Boeing 747 und den Airbus."
Es gibt bereits viele Materialien, die chemisch hergestellt werden können. Aber jetzt, mit diesen winzigen Bewegungen, "gibt es endlose Möglichkeiten", sagt er. "Es eröffnet eine ganz neue Welt der Nanomaschinen."
1983 machten Jean-Pierre Sauvage und seine französische Forschungsgruppe den ersten Schritt in Richtung der Entwicklung der winzigen Geräte, um eine Herausforderung zu bewältigen, die viele vor ihm verblüffte. Mit einem Kupferion zogen er und sein Team zwei sichelförmige Moleküle an, die sie um einen Ring sperrten, um eine sogenannte mechanische Bindung zu schaffen, die laut einer Pressekonferenz wie ein Glied in einer Molekülkette aussieht.
Der nächste große Durchbruch gelang 1991, als Stoddart eine Achse in Nanogröße aus einem von negativ geladenen Elektronen freien Molekülring und einem elektronenreichen Stab herstellte. Als sich die beiden in Lösung trafen, zogen sie sich an und die Stange rutschte wie eine Achse durch den Ring. Die Wärmezufuhr löste die Bewegung aus. In den letzten Jahren hat Stoddart diese winzige Bewegung sogar in einen Computerchip integriert.
Feringas wichtigster Beitrag auf diesem Gebiet kam 1999, als er und sein Team den ersten molekularen Motor entwickelten. Die Drehbewegungen von Molekülen sind normalerweise zufällig, aber Feringa konnte ein Molekül entwerfen, das sich in eine kontrollierte Richtung dreht. Er fügte diese molekularen "Räder" zu einem Carbon-Chassis hinzu, um ein molekulares Auto zu schaffen, das seinen Schwung aus Lichtimpulsen gewinnt.
Forscher glauben, dass Nanomaschinen das Potenzial haben, Computer, Gesundheitswesen und Materialwissenschaften zu revolutionieren. Eines Tages könnten Nanomaschinen als winzige molekulare Roboter funktionieren, die Organe reparieren oder die Umwelt aufräumen.
Sie könnten sogar Städte revolutionieren, sagt Mark Miodownik, Professor für Material und Gesellschaft am University College London, Hannah Devlin vom The Guardian . "Wenn Sie eine Infrastruktur suchen, die sich um sich selbst kümmert - und ich denke, das tun wir -, bin ich mir ziemlich sicher, dass wir uns in Richtung selbstheilender Systeme bewegen", sagt er. "Wir werden Kunststoffrohre haben, die sich selbst reparieren können, oder eine Brücke, die bei einem Riss diese Maschinen hat, die die Brücke im mikroskopischen Maßstab wieder aufbauen. Sie fängt gerade erst an. Das Potenzial ist wirklich immens."
Die Forscher unternehmen bereits große Schritte, um die molekularen Maschinen zum Einsatz zu bringen, berichtet Sarah Kaplan von der Washington Post . Im vergangenen Jahr haben Forscher in Deutschland mit molekularen Maschinen ein Krebsmedikament hergestellt, das durch Licht an- und ausgeschaltet wird. Dies ermöglicht Ärzten, auf betroffene Bereiche abzuzielen, ohne gesundes Gewebe zu beschädigen. Eine andere Gruppe schuf einen molekularen „Roboter“, der Aminosäuren wie einen winzigen beweglichen Arm miteinander verbinden kann.
Aber die Technologie steckt noch in den Kinderschuhen und es wird noch viel mehr kommen. Laut Nobelprize.org „befindet sich der molekulare Motor in der gleichen Phase wie der Elektromotor in den 1830er Jahren, als Wissenschaftler verschiedene drehende Kurbeln und Räder zeigten, ohne zu wissen, dass sie zu elektrischen Zügen, Waschmaschinen, Ventilatoren und Küchenmaschinen führen würden.“
