Ein Reisverschluss aus Molekülen
Chemikern an der Humboldt-Universität gelingt gezielte Verknüpfung winziger programmierbarer molekularer Bausteine.
Materie im Bereich von wenigen Nanometern zu organisieren und nutzbar zu machen, ist die zentrale Herausforderung der Nanotechnologie. Vor wenigen Jahren konnten erstmals „bottom-up“-Nano-Architekturen realisiert werden, wobei jedoch der Grad an Komplexität durch das damals entwickelte einstufige Verfahren begrenzt war.
Abb.: Molekularer „Reißverschluss“: Nachdem zunächst bei niedrigen Temperaturen Ketten aus den Molekülbausteinen (rot) gebildet werden, können diese in einem weiteren Schritt bei höheren Temperaturen miteinander verknüpft werden – hierbei sind die einzelnen reaktiven Stellen (blau) durch den Reißverschlußeffekt perfekt zueinander angeordnet. (Bild: L. Lafferentz)
Dem selben Forscherteam von Chemikern der Humboldt-Universität zu Berlin um Stefan Hecht ist es nun – in Zusammenarbeit mit Physikern am Fritz-Haber-Institut und am Laboratorio Tasc in Trieste (Italien) – gelungen, die von Ihnen entwickelte Methode zu verbessern. Hierzu griffen sie in die Trickkisten von Chemie und Physik. Zunächst entwickelten sie molekulare Bausteine mit zwei unterschiedlichen Typen von aktivierbaren Gruppen. Diese Bausteine mit programmierter Reaktivität (Monomere) erlaubten einen schrittweisen und somit hierarchischen Aufbau der Nanostrukturen, indem sich zunächst bei niedrigerer Temperatur in einer Dimension chemische Bindungen ausbildeten und die entstandenen Ketten in einem zweiten Schritt bei höherer Temperatur miteinander verknüpft wurden. Dabei nutzen die Wissenschaftler die Anordnung der Ketten untereinander aus, die quasi wie ein Reißverschluss ineinandergriffen.
Die Qualität der Nanostrukturen bezüglich Ausdehnung und vorkommender Defekte konnte im Anschluss durch einen weiteren Kniff verbessert werden. Die Forscher verwendeten besondere Oberflächen, die eine Ausrichtung der Molekülketten ermöglichten. So konnten die Wissenschaftler mit Hilfe der programmierbaren Bausteine und dirigierenden Unterlage komplexe Nanostrukturen aus verschiedenen Molekülsorten aufbauen.
Obwohl die aktuellen Ergebnisse der Grundlagenforschung zuzuordnen sind, könnten diese aufgrund des Fortschritts in der Miniaturisierung für mögliche zukünftige Anwendungen von Interesse sein. Neben der hohen Dichte von über 1013 Molekülen pro Quadratzentimeter können derartige Netzwerke nun in Zukunft auch mit unterschiedlichen Funktionen ausgestattet werden, und vielleicht eines Tages als Nano-Schaltkreise oder Nano-Sensoren dienen.
HU Berlin / PH
