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Was sind Molekülmaschinen? Laut Professor Li Zhanting vom Fachbereich Chemie der Fudan-Universität sind Molekülmaschinen im Grunde genommen Maschinen auf molekularer Ebene – sie werden durch die Bewegung eines oder mehrerer Moleküle in Gang gesetzt, wodurch eine makroskopische Maschine in Bewegung kommt. Li Zhanting erklärte, dass der Betreuer des ersten Preisträgers, Professor Jean-Pierre Sauvage, bereits 1987 den Nobelpreis für Chemie für die „Supramolekulare Chemie“ erhalten hatte. Der Beitrag von Professor Jean-Pierre Sauvage besteht darin, als Erster in dem Bereich der Entwicklung von Molekülmaschinen tätig geworden zu sein. Im Jahr 1983 gelang es ihm mithilfe von Koordinationsbindungen, supramolekulare Strukturen zu erzeugen. So konnte er zwei ringförmige Moleküle miteinander verbinden und so eine Kette bilden. Damit eine Maschine Aufgaben ausführen kann, müssen ihre einzelnen Bestandteile in der Lage sein, relativ zueinander zu bewegen. Die beiden miteinander verbundenen ringförmigen Moleküle erfüllen genau diese Anforderung. Tian He, Professor am Institut für Chemie und Molekularingenieurwesen der East China University of Science and Technology sowie Akademiemitglied der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, erklärte, dass der amerikanische Chemiker Stoddart im Jahr 1991 erstmals das Konzept des „Molekül-Schleppers“ vorschlug. Dabei handelt es sich um eine starre, stäbchenförmige Molekülstruktur, um die ein großes Molekülring – ein Rotaxan – gelegt wird. Dieser große Molekülring kann sich auf der Molekülstruktur hin und her bewegen. “Nach der Zufuhr von Energie bewegen sich die einzelnen Module der Molekülmaschine relativ zueinander, genau wie bei den uns bekannten Maschinen. Der dritte Preisträger, Professor Bernard L. Feringa, war der Erste, der Molekülmotoren entdeckte, und leistete bahnbrechende Arbeit auf dem Gebiet der lichtgesteuerten Einzelmolekülmotoren. Tian He erklärte, dass Ferlinga „Molekülmotoren“ synthetisiert hat. Diese haben eine feste Basis; die Moleküle, die sich oberhalb dieser Basis befinden, können sich um 360 Grad drehen – ähnlich wie mechanische Motoren in der makroskopischen Welt. Im Jahr 1999 entwickelte er molekulare Drehflügel. Mit Hilfe von Molekülmotoren gelang es ihm, ein Glas, das 10.000 Mal größer war als der Motor, zum Drehen zu bringen. “Die drei Wissenschaftler, die in diesem Jahr den Nobelpreis für Chemie erhalten haben, haben drei Arten von Molekülmaschinen entwickelt, die jeweils einen unterschiedlichen Zustand aufweisen. Ihre bahnbrechende Arbeit machte der Menschheit klar, dass man Moleküle als Material verwenden kann, um Maschinen in der Mikrowelt zu entwerfen und zu bauen. ”Sagte Tian He. Welche Bedeutung und welchen Nutzen haben molekulare Maschinen? Welche Bedeutung hat das Entstehen von molekularen Maschinen und welchen Nutzen bringen sie? Tian He sagte, dass viele Vorgänge im Lebewesen eigentlich von der Funktion molekularer Maschinen abhängen. Wissenschaftler untersuchen lebenswichtige Prozesse wie Zellteilung, DNA-Replikation, Stofftransport und Muskelkontraktion. Auf molekularer Ebene stellen sie fest, dass all diese Prozesse das Ergebnis der Arbeit zahlreicher Molekülmaschinen sind. Daher können Chemiker mit Biowissenschaftlern zusammenarbeiten, um durch das Entwerfen und Synthetisieren von Molekülmaschinen verschiedene Lebensphänomene zu simulieren. Molekulare Maschinen können auch zur Speicherung von Informationen verwendet werden, um fantastische „molekulare Computer“ zu erstellen. Im Jahr 2007 führte Stodart sein Team an der Entwicklung eines Molekülchips, der Informationen in äußerst hoher Dichte speichern konnte. Die Speicherdichte dieses Chips erreichte das Niveau der im Jahr 2020 verwendeten Siliziumchips. Qu Da Hui, Professor am Institut für Chemie und Molekularingenieurwesen der East China University of Science and Technology, erklärte, dass die Speicherdichte von Siliziumchips dem Moore’schen Gesetz folgt (bei konstanten Preisen verdoppelt sich die Anzahl der auf einem integrierten Schaltkreis unterbringenbaren Komponenten sowie deren Leistung alle 18–24 Monate). Doch dieses Gesetz stößt an seine Grenzen. Molekülchips hingegen ermöglichen den Datenspeicherung in molekularem Maßstab – daher unterliegen sie nicht dem Moore’schen Gesetz und können in Bezug auf die Speicherdichte die Siliziumchips um ein Vielfaches übertreffen. Der Nobelpreis-Jury betonte, dass molekulare Maschinen derzeit noch in der Konzeptionsphase sind. Obwohl es derzeit noch keine praktischen Anwendungen für molekulare Maschinen gibt – wie könnten sie in Zukunft das Leben der Menschen verändern? Laut Angaben hat es Potenzial, in vielen Bereichen eingesetzt zu werden – wie bei der präziseren Erkennung von Krankheiten, bei der Verabreichung von Medikamenten, bei der Speicherung von Informationen in hoher Dichte sowie bei der Energiespeicherung. Zudem kann es in der Entwicklung neuer Materialien und Sensoren verwendet werden. Die Anwendungsmöglichkeiten sind somit äußerst vielfältig