Der Nobelpreis für Chemie geht an drei Forscher, die sich mit molekularen Maschinen beschäftigt haben: Jean-Pierre Sauvage, Sir James Fraser Stoddard und Bernard L. Feringa.
Der Nobelpreis für Chemie geht in diesem Jahr an Jean-Pierre Sauvafe (Frankreich), Sir James Fraser Stoddard (Großbritannien), Bernard L. Feringa (Niederlande) für Design und Synthese von molekularen Maschinen. Das hat die Königlich-Schwedische Akademie der Wissenschaften in Stockholm am Mittwoch kurz vor Mittag bekannt gegeben. Die Auszeichnung ist wie im Vorjahr mit acht Millionen Schwedischen Kronen (832.000 Euro) dotiert. Alle drei Forscher forschten in diesem Bereich, wesentliche Entdeckungen gab es Anfang 1990er-Jahre, die immer weiter entwickelt wurden. "Sie haben Moleküle entwickelt, deren Bewegungen man kontrollieren kann und die eine Aufgabe erfüllen, wenn sie Energie erhalten", hieß es von Seiten des Kommitees.
Eine molekulare Maschine oder Nanomaschine ist ein Gebilde aus Makromolekülen - tausend Mal kleiner als ein menschliches Haar. Man kopiert (ähnlich wie in der Bionik) in der Tier- oder Pflanzenzellen vorkommende Systeme und versucht diese synthetisch zu konstruieren. Man steuert die Bewegung von Molekülen. Molekulare Maschinen sind ein wesentlicher Bereich der Nanotechnologie. Sie benötigen Energiezufuhr.
Den ersten Schritt in Richtung molekularer Maschinen hat nach Angaben der Nobel-Juroren Sauvage gemacht. Dem 1944 in Paris geborenen Chemiker, Emeritus an der Universität Straßburg, gelang es 1983 zwei ringförmige Moleküle wie Kettenglieder aneinanderzufügen, die Chemiker nennen solche kettenförmigen Verbindungen "Catenane". Das besondere daran war, dass die Moleküle nicht durch starre kovalente, sondern viel freiere Bindungen verbunden sind. Zwei miteinander verbundene Teile, die sich relativ zueinander bewegen können, sind eine Voraussetzung für eine molekulare Maschine.
1994 gelang es Sauvage, zwei ringförmige Moleküle so zu verbinden, dass bei Erwärmung einer der beiden Ringe in kontrollierter Weise eine Umdrehung um den anderen Ring macht. Für das Nobel-Komitee war dies "der erste Embryo einer nicht-biologischen molekularen Maschine".
"Rotaxane" als nächster Schritt
Den zweiten Schritt habe dann Fraser Stoddart gesetzt. Der 1942 in Edinburgh (Großbritannien) geborene Chemiker von der Northwestern University in Evanston (US-Bundesstaat Illinois) hat 1991 Moleküle entwickelt und miteinander verbunden, sodass sie an eine Achse mit Rad erinnern - die Chemiker nennen solche Stoffe "Rotaxane". Er verband dafür ein ringförmiges mit einem langgestreckten Molekül und zeigte, dass sich der Ring entlang der Achse bewegen konnte. Stoddarts Forschungsgruppe hat mittlerweile mit verschiedenen Rotaxanen einen molekularen Lift, molekulare Muskeln und einen Molekül-basierten Computerchip entwickelt.
Schließlich gelang Feringa als erstem die Entwicklung eines molekularen Motors. Der 1951 in Barger-Compascuum (Niederlande) geborene Chemiker von der Universität Groningen schuf 1999 ein molekulares Rotorblatt, das sich kontinuierlich in die gleiche Richtung dreht. Mit Hilfe solcher molekularer Motoren konnte er bereits einen Glaszylinder rotieren lassen, der 10.000 Mal größer als der Motor ist, und ein Nano-Auto bauen.
2011 berichtete Feringa von dem nur rund einen milliardstel Meter (Nanometer) langen, elektrisch über die Spitze eines Rastertunnelmikroskops angetriebenen Nano-Auto mit Vierradantrieb. Dazu montierte er vier molekulare Motoren an einen zentralen Träger, die Motoren übernehmen die Rolle der Antriebsräder.
Das Nobelkomitee vergleicht den Stand der Entwicklung der molekularen Motoren mit jenem des Elektromotors in den 1830er Jahren. In Zukunft würden solche molekularen Maschinen bei der Entwicklung neuer Materialien, Sensoren und Energiespeichersystemen eine Rolle spielen.
"War ein bisschen geschockt"
Feringa zeigte sich von der Nachricht über die Auszeichnung überwältigt. "Ich wusste nicht, was ich sagen sollte und war ein bisschen geschockt, weil das so eine große Überraschung war", sagte Feringa, der nach der Verkündung in Stockholm per Telefon zugeschaltet war. "Meine zweite Reaktion war, dass ich mich so geehrt fühle, und dass es mich berührt."
Im vergangenen Jahr ging die Auszeichnung an die in den USA tätigen Biochemiker Paul Modrich und Aziz Sancar sowie den in Großbritannien arbeitenden Schweden Tomas Lindahl. Sie haben auf molekularer Ebene herausgefunden, wie Zellen beschädigtes Erbgut (DNA) reparieren. Übergeben wird der Preis alljährlich am 10. Dezember, dem Todestag des Stifters Alfred Nobel.
(APA/AFP/Red.)