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29. Mai 2002
Antrieb per "Lichtmuskel"
(he) Wie klein können Maschinen sein? Die Nanotechnologie wartet mit immer winzigeren Getrieben, Schaltkreisen oder Pumpen auf. Forscher aus Bayern haben aber jetzt einen Rekord aufgestellt mit einer Maschine, die nur aus einem einzigen Molekül besteht.
Wissenschaftler der Münchner Ludwig-Maximilians-Universität um den Biophysiker Professor Hermann Gaub und des Max-Planck-Instituts für Biochemie in Martinsried präsentierten kürzlich im US-Wissenschaftsmagazin "Science" ihre Einzelmolekülmaschine. Kern der Maschine ist ein einzelnes lichtempfindliches Polymermolekül. Dieses Kettenmolekül setzt sich aus Azobenzol zusammen, einer Verbindung zweier Benzolringe. Das Molekül kommt in einer verkürzten und einer längeren Form vor - abhängig von der Anordnung der Atome. Wenn Licht auf das Molekül fällt, wechselt es von der einen zur anderen Form über. Gesteuert werden kann dieser Übergang durch die Wellenlänge des Lichts wie bei einem "optischen Schalter". Wurde das Polymermolekül mit violettem Licht bestrahlt, dehnte es sich aus. Wurde es dagegen ultraviolettem Licht ausgesetzt, dessen Wellenlänge etwas kürzer ist, verkürzte sich auch das Kettenmolekül wieder. Dieser Zyklus konnte mehrmals durchlaufen werden, bevor das Molekül schließlich zerriss. Bei seiner Bewegung kann das Molekül eine Kraft ausüben, mit der es beispielsweise eine molekulare Maschine antreiben könnte. Es ähnelt dabei sehr einem natürlichen Muskel, der ebenfalls durch Expansion und Kontraktion Kraft erzeugt. Die bayrischen Forscher haben das Polymer mit einer mikrometergroßen Feder verbunden. Dieses so genannte Kraftmikroskop, mit dem sich sehr kleine Kräfte messen lassen, wies die mechanische Bewegung eindeutig nach. "Molekulare Maschinen" gibt es auch in lebenden Organismen. Sie sind dort aus wenigen Molekülen zusammengesetzt und steuern z.B. komplizierte Vorgänge im menschlichen Körper. Schon seit einigen Jahren versuchen Wissenschaftler, solche Maschinen künstlich herzustellen. Sie könnten etwa beim Bau von elektronischen Schaltungen helfen, Krebszellen bekämpfen oder Blutgefäße von gefährlichen Ablagerungen befreien.
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