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ForscherInnen der Uni Graz steuern Nano-Maschinen auf Oberflächen
Graz (universität) - Ferngesteuerte Nano-Maschinen, angetrieben von einem Lichtstrahl, reinigen Oberflächen,
bringen spezielle Pharmazeutika im Körper an ihren Zielort oder bauen elektronische Strukturen aus einzelnen
Atomen. Dieser Zukunftsvision ist die Arbeitsgruppe von Univ.-Prof. Dr. Leonhard Grill vom Institut für Chemie
der Karl-Franzens-Universität Graz einen großen Schritt nähergekommen: Dem Team ist es gelungen,
einzelne molekulare Maschinen durch Laserlicht gezielt auf einer Oberfläche zu bewegen und währenddessen
zu beobachten. Die Ergebnisse der Studie werden in der nächsten Ausgabe des Magazins „ACS Nano“ publiziert
und sind online bereits veröffentlicht.
Eine nur zwei Millionstel Millimeter große Maschine mit eingebautem Molekül-Motor hat Leonhard Grill,
Leiter der Arbeitsgruppe „Single-Molecule Chemistry“ in Zusammenarbeit mit Prof. James Tour von der Rice University
in Houston, USA, entwickelt. „Die große Herausforderung war, die Moleküle anzutreiben und nachzuweisen,
dass tatsächlich der interne Motor für die Bewegung verantwortlich ist“, berichtet Grill. Das haben die
PhysikerInnen nun erstmals geschafft. Als „Treibstoff“ dient Licht, was gleich mehrere Vorteile bietet: „Damit
können wir die Maschinen aus der Ferne aktivieren und außerdem extrem viele Moleküle gleichzeitig
bewegen – in Zukunft möglicherweise zum gezielten Transport von Atomen oder Molekülen“, schildert der
Wissenschafter. Müsste man die Mini-Motoren für die Energiezufuhr verkabeln, würden sie wesentliche
Eigenschaften und ihre Freiheiten verlieren.
In den Experimenten untersuchte das Team mit höchster Präzision die Position einzelner Moleküle
auf einer Metalloberfläche vor und nach der Bestrahlung mit Laserlicht. Die Mini-Maschinen legten in einer
Stunde Distanzen von mehr als 20 Nanometern zurück. Außerdem konnten die Besonderheiten des Motors für
eine selektive Steuerung genutzt werden. „Je nachdem, welche Farbe – also welche Wellenlänge – des Lichts
wir einsetzten, konnten wir die Bewegung dirigieren“, so Grill. Diese photochemische Empfindlichkeit ist eine wesentliche
Grundlage für weitere Entwicklungen: „Man könnte in Zukunft vielleicht verschiedene Motoren in ein und
derselben Nano-Maschine gezielt ansteuern und damit vollkommen neue Funktionen erreichen.“ Das wäre für
eine Vielzahl an Anwendungen in der Nanotechnologie und Medizin von Interesse. Molekulare Motoren sind ein äußerst
zukunftsträchtiges Feld, das heuer auch mit dem Nobelpreis prämiert wurde.
Publikation
ACS Nano: „Light-Induced Translation of Motorized Molecules on a Surface”, Alex Saywell, Anne Bakker, Johannes
Mielke, Takashi Kumagai, Martin Wolf, Víctor García-López, Pinn-Tsong Chiang, James M. Tour,
Leonhard Grill DOI: 10.1021/acsnano.6b05650 http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.6b05650
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