Technik im allerkleinsten Maßstab: Ein Franzose, ein Schotte und ein Niederländer werden für fantastische atomare Konstrukte ausgezeichnet.
Es gibt noch viel Spielraum nach unten, bis hinab zur Ebene der Atome: In seinem berühmten Vortrag „There's Plenty of Room at the Bottom“ schwärmte der Quantenphysiker Richard Feynman 1959 von winzigen Autos, von nur 100 Atome hohen Maschinen, von Speicherkarten, auf denen eine ganze Bibliothek Platz hat. Feynman wird auch in der Aussendung des Nobelpreiskomitees zu den neuen Chemienobelpreisen zitiert – doch die mit diesen ausgezeichneten Forschungen gehen über Feynmans Visionen hinaus: Von Molekülen als Maschinen, in denen tatsächlich einzelne Atome die Werkteile sind, hat er nicht zu träumen gewagt.
Was wohl auch daran liegt, dass die Biochemie damals noch nicht so weit war: Sie spricht heute z. B. von den Ribosomen der Zellen als Fabriken, in denen die Proteine synthetisiert werden wie am Fließband. Und was ist ein Muskel anderes als ein Kollektiv molekularer Maschinen?
Allerdings hat Feynman vorhergesagt, dass ein Physiker dereinst „Atome genau dort platzieren werde, wo der Chemiker sie haben will“. Man muss nicht sehr übertreiben, um zu sagen: Das können die Chemiker, vor allem die organischen, seit einiger Zeit selbst. Zum Stolz ihres Standes trägt wohl auch bei, dass der Chemienobelpreis heuer nicht an Molekularbiologen oder gar Physiker geht, sondern an „echte Chemiker“.
Darunter ist Jean-Pierre Sauvage: Ihm gelang es 1983, mit einem Kupferion als Katalysator zwei ringförmige Moleküle (die u. a. aus Phenanthrolin-Bausteinen bestehen) ineinander zu hängen wie zwei makroskopische Ringe in einer Kette. Sie sind also rein mechanisch aneinandergekettet, nicht durch eine chemische Bindung verbunden. 1994 schaffte er es dann, einen Ring dieses Doppelmoleküls kontrolliert um den anderen rotieren zu lassen.
Von topologischer Chemie sprach Sauvage selbst: Das Wort kam auch beim heurigen Physiknobelpreis vor, in der Chemie sagt es im Wesentlichen, dass es um Verknüpfungen geht, die auch Knoten und Schlingen bilden. Und Sauvage knüpfte bald noch abenteuerlichere molekulare Knoten: einen Kleeblattknoten etwa oder einen Salomonsknoten, wie er auf römischen, aber auch islamischen Mosaiken abgebildet ist.
Diesen synthetisierte er gemeinsam mit Fraser Stoddart, der schon als Kind – vielleicht weil er keinen Fernsehapparat hatte – am liebsten Puzzles zusammensetzte und später Chemie studierte, weil er davon träumte, ein Künstler der Moleküle zu werden. Das wurde er. So baute er ein Rotaxan: ein Molekül, das einer Hantel gleicht, deren schlanken Mittelteil ein Ring umschließt. Diesen Ring konnte er durch Zufuhr von Energie kontrolliert die Achse entlang wandern lassen. Später gelang seiner Arbeitsgruppe ein molekularer Lift (in dem eine Fläche sich relativ zum restlichen Moleküle 0,7 Nanometer auf- oder abwärts bewegen kann) und ein künstlicher Muskel, in dem Rotaxane einen dünnen Goldfaden gezielt biegen.
Wenn sich der Ring in einem Rotaxan dreht, hat das schon etwas von einem Motor an sich. Doch es war Ben Feringa, der 1999 einen wirklichen molekularen Motor baute, angetrieben durch UV-Licht. Und bald auch das, wovon Feynman nicht zu träumen gewagt hatte: ein Nanoauto, das praktisch nur aus einem Molekül besteht, von dem Teile als Räder fungieren. Wenn sie – angetrieben von der Spitze eines Rastertunnelmikroskops – sich drehen, bewegt sich dieses fantastische molekulare Konstrukt auf einer Oberfläche vorwärts.
„Neue industrielle Revolution“
Der Stand der Entwicklung der molekularen Motoren sei vergleichbar mit dem des Elektromotors in den Dreißigerjahren des 19. Jahrhunderts, sagt das Nobelkomitee. Es sieht eine „neue industrielle Revolution des 21. Jahrhunderts“. Mit seiner heurigen Auswahl der Preisträger ist es freilich ein Wagnis eingegangen: Auch andere Forscher waren Pioniere auf diesem Gebiet. Etwa T. Ross Kelly, dessen Arbeit über einen chemisch betriebenen Motor aus dem Molekül Triptycen (das die Form eines Windrads hat) 1999 in derselben Ausgabe von Nature erschienen ist wie Feringas lichtgetriebener Motor. Mit Kritik an der Vergabe ist also zu rechnen.
DIE NEUEN NOBELPREISTRÄGER
Jean Pierre Sauvage, geboren 1944 in Paris, promoviert 1971 an der Universität Straßburg. Forschungsaufenthalte u. a. in Oxford, Zürich und an der Northwestern University. Ab 1979 Forschungsdirektor des CNRS.
Sir J. Fraser Stoddart, geboren 1942 in Edinburgh, promoviert 1966 an der Edinburgh University, Forschung u. a. an der University of Birmingham und der University of California, Los Angeles. Heute an der Northwestern University, Evanston, USA.
Bernard L. Feringa, geboren 1951 in Barger-Compascuum, promoviert 1978 an der Universität Groningen. Heute Professor für organische Chemie ebendort. Mitglied im Advisory Board des Institute of Science and Technology Austria in Gugging.
("Die Presse", Print-Ausgabe, 06.10.2016)
