Auf dem Weg zum Nanotransporter: Forscher realisieren molekulare Telegrafie

Nanotechnologie ist ein Gebiet, auf dem noch große Schritte gemacht werden können. In den letzten Jahren wurden in dem Bereich deutliche Fortschritte gemacht, aber von wissenschaftlichen Träumereien wie Nanofabriken sind wir noch weit entfernt. Ein Problem dabei ist, dass Nanomaschinen derzeit nur schwer gesteuert werden können. Forschern der Universität Graz ist es nun gelungen, ein Molekül zielgerichtet über eine längere Strecke hinweg zu einem Zielort zu transportieren.

Nanofabriken als Zukunftsvision

Nanomaschinen ist ein Technologie-Bereich, der die Zukunft maßgeblich mitprägen kann. Ob Nano-Autos, Miniatur-Motoren oder winzige Medizin-Roboter: Die Einsatzmöglichkeiten sind endlos. Mithilfe der kleinen, molekularen Roboter können auch sehr komplexe Bauteile im Nanoformat konstruiert werden. Auch ganze Fabriken im Kleinformat wären denkbar. Eine Voraussetzung dafür ist aber, die Nanomaschinen gezielt ansteuern zu können. Dazu gehört auch der Transport von Molekülen über eine längere Distanz hinweg. Ein Ansatz dafür ist, die Moleküle mithilfe einer Art Nanotransporter an den Zielort zu bringen – ein kleiner Roboter, der eine feste Strecke abfährt und an den die gewünschten Moleküle angehängt werden können.

Dies ist jedoch ein schwieriges Unterfangen, was vor allem der Eigenbewegung der Moleküle sowie ihrer Neigung, auch auf kleine Störungen zu reagieren, zu verdanken ist. Eine genaue Kontrolle von Molekülbewegungen war bisher nur mithilfe atomarer Pinzetten oder der Spitze eines Rastertunnelmikroskops möglich.

Forscher aus Graz bewegen Moleküle

Das Experiment eines Forscherteams rund um Donato Civita von der Universität Graz zeigte nun, dass es auch anders geht. Die Wissenschaftler konnten ein Molekül über eine längere Strecke hinweg zu einem vordefinierten Zielort und wieder zurück transportieren. Das Molekül bewegte sich auf einer Silberschicht geradlinig und zielgerichtet zwischen einem Sender und einem Empfänger hin und her.

Als Transporter kamen Spitze eines Rastertunnelmikroskops zum Einsatz. Dabei handelt es sich um fadenförmige Moleküle aus drei beweglich miteinander verkoppelten Fluoren-Einheiten und einem Bromatom an jedem Ende. In der Ausgangsform sind diese Moleküle unbeweglich. Dank ihrer Dipol-Eigenschaften reagieren sie jedoch auf elektrische Felder.

Molekül wandert an Silberatomen entlang

Das Senden startet, indem eine Rastertunnelmikroskop-Spitze das Transportermolekül in eine vordefinierte Orientierung dreht, nämlich parallel zu einer Atomreihe der Silberunterlage. Wenn die Sender-Spitze ein abstoßendes elektrisches Feld erzeugt während die weiter entfernte Empfänger-Spitze ein anziehendes Feld schafft, bewegt sich das DBTF-Molekül entlang der Silberatomreihe von einer Spitze zu der anderen. „ Obwohl die Oberfläche atomar flach ist, bewegen sich die Moleküle nur in eine Richtung, nur entlang einer einzigen Reihe von Atomen. Während dieses Prozesses konnten wir auch messen, wie viel Zeit das Molekül dafür benötigte und damit seine Geschwindigkeit ermitteln“, so Leonhard Grill von der Universität Graz, der an der Studie beteiligt war. Die Moleküle legten dabei Strecken von bis zu 150 Nanometer mit einer Geschwindigkeit von bis zu 0,1 Millimetern pro Sekunde zurück.

Die Methode der Forscher eröffnet sowohl in der Grundlagenforschung als auch im Bereich nanotechnologischer Anwendungen ganz neue Möglichkeiten. „ Indem wir die Bewegung von einzelnen Molekülen erforschen, gewinnen wir Einblicke in die physikalischen und chemischen Prozesse, die für die molekulare Dynamik chemischer Reaktionen relevant sind“, so Grill.

via Uni Graz