Chemiker der Universität Potsdam haben eine Methode entwickelt, um erstmals Sauerstoff als Energiequelle für den Antrieb molekularer Bauteile zu nutzen. In der Ausgabe des renommierten Wissenschaftsmagazins "Angewandte Chemie" vom 8. Oktober 2007 stellten sie ihre Ergebnisse der Öffentlichkeit vor.
Es ist kein Geheimnis: Die Miniaturisierung schreitet in Technik, Elektronik und Medizin unaufhaltsam voran. Im Bereich der Nanotechnologie können Chemiker heutzutage schon kleinste Bauteile in der Größe von einzelnen Molekülen herstellen. Zentrale Bestandteile solcher Miniaturfabriken sind molekulare Schalter, die meist durch Licht oder Elektronen gesteuert werden. Chemiker der Universität Potsdam haben jetzt jedoch eine neue Antriebsmethode entwickelt. Mit ihr ist es erstmals möglich, Sauerstoff als Energiequelle für den Antrieb molekularer Bauteile zu nutzen.
Der molekulare Schalter wird in der Gruppe von Prof. Dr. Torsten Linker von zwei Mitarbeitern ohne großen Aufwand in nur einer Stufe aus einfachen Chemikalien hergestellt. Eine Oxidation mit Singulett-Sauerstoff, also mit Sauerstoff, der mit einem Katalysator und sichtbarem Licht angeregt und so in einen höheren Energiezustand versetzt wird, führt zur Drehung des Schalters um 180 Grad mit hoher Effizienz. Durch Erwärmen kehrt der Schalter anschließend in seinen Ausgangszustand zurück, wobei Sauerstoff als einziges Abfallprodukt entsteht. Dies macht das in Potsdam entwickelte molekulare Bauteil besonders umweltfreundlich. Die einzelnen Positionen des Schalters können zu jeder Zeit anhand ihrer Fluoreszenz einfach abgelesen werden.
Der Forschungserfolg kommt nicht von ungefähr. Schon seit mehr als zehn Jahren beschäftigen sich die Mitarbeiter um Linker auch mit Untersuchungen zu Singulett-Sauerstoff. "Wir kennen deshalb die hohe Oxidationskraft und Energie des Reagenzes und interessieren uns konkret seit zwei Jahren für Reaktionen von Anthracenen", erklärt der Professor für Organische Chemie. Bei Anthracenen handelt es sich um aromatische Verbindungen, die industriell aus Steinkohlenteer gewonnen werden.
Der eigentliche molekulare Schalter wurde in nur sechs Monaten konzipiert. Schwierigkeiten hat es zunächst noch bei der Charakterisierung der Produkte, zu denen Peroxide gehören, und dem Ablesen der Schaltzustände gegeben. Gelöst wurden die Probleme dann aber schnell, nicht zuletzt aufgrund der, so Linkers Einschätzung, hohen Motivation der Mitarbeiter und einer guten spektroskopischen Ausstattung der Arbeitsgruppe.
Die Chemiker sehen ihren Beitrag zur Nanotechnologie auch als Bindeglied zwischen Biologie und Physik: "Da sowohl biologische Systeme als auch Verbrennungsmotoren durch Sauerstoff gesteuert und angetrieben werden, könnte der neue molekulare Schalter eine Brücke zwischen Natur und Technik schlagen", meint Linker.
Nachdem das Projekt zuvor von der Universität Potsdam im Rahmen der Graduiertenschule "Soft matter" gefördert wurde, gibt es gegenwärtig eine Finanzierung durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft in Höhe von 136.000 Euro. Denn die Forschungen am Schalter gehen weiter. Die Wissenschaftler wollen in Zukunft herausfinden, wie mit ihm auch Arbeit geleistet werden kann. Dabei steht die Frage im Mittelpunkt, inwiefern durch den Schaltprozess Moleküle transportiert werden können und dadurch möglicherweise ein "molekularer Motor" entsteht.