Chemienobelpreis für Forschung zu Nanomaschinen

Der heurige Chemienobelpreis geht an den Franzosen Jean-Pierre Sauvage, den Niederländer Bernard Feringa und den Schotten Sir Fraser Stoddart. Sie forschen zum Design und zur Herstellung winziger molekularer Maschinen.

Die drei Preisträger haben in den vergangenen Jahrzehnten dazu beigetragen, Moleküle herzustellen, die sich in gewünschte Richtungen bewegen lassen und verschiedene Aufgaben durchführen können. Das gab in Stockholm zu Mittag die Königlich-Schwedische Akademie der Wissenschaften bekannt.

Die Molekülmaschinen sind nur einige Nanometer groß - also 1.000-mal dünner als menschliches Haar. Eines der letzten spektakulären Ergebnisse des Forschungsbereichs war ein „Nano-Auto“, das aus einem einzigen Molekül besteht und auf vier elektrisch angetriebenen Rädern nahezu geradlinig über eine Oberfläche fährt.

Übergeben wird der Preis alljährlich am 10. Dezember, dem Todestag des Stifters Alfred Nobel. Die Auszeichnung ist wie im Vorjahr mit acht Millionen schwedischen Kronen (832.000 Euro) dotiert.

Die drei Preisträger: Jean-Pierre Sauvage, Fraser Stoddart und Bernard Feringa
APA/AFP/Patrick Hertzog/Northwestern University/CC BY-SA 4.0
Die drei Preisträger: Jean-Pierre Sauvage, Fraser Stoddart und Bernard Feringa

In mehreren Schritten zum „Nano-Auto“

Erste Schritte hatte der an der Universität Straßburg tätige Franzose Jean-Pierre Sauvage bereits zu Beginn der 1980er Jahre unternommen: Er stellte damals Ketten von Molekülen her, Catenane genannt, die die Voraussetzungen für mechanische Bewegungen auf der Nanoskala schufen.

1991 entwickelte der in Edinburgh geborene Fraser Stoddart, der heute an der Northwestern University in den USA arbeitet, sogenannte Rotaxane: ringförmige Moleküle, die sich bei Erwärmung rund um eine Art Molekülachse drehen können. Auf dieser Basis stellte Stoddart unter anderem molekulare Muskel und Computerchips her.

Das Team um Bernard Feringa von der Universität Groningen in den Niederlanden ging noch einen Schritt weiter und entwickelte 1999 den ersten molekularen Motor, bei dem sich ein Nanorotorblatt kontinuierlich in die gleiche Richtung drehte. Mit Hilfe solcher molekularer Motoren konnte er bereits einen Glaszylinder rotieren lassen, der 10.000-mal größer als der Motor ist, und das erwähnte „Elektro-Nano-Auto“ bauen.

Das Nano-Auto als Grafik
Johan Jarnestad/Königlich Schwedische Akademie der Wissenschaften
Grafik des Nano-Autos

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.

Anwendung: Gezielt Wirkstoffe liefern

Der Chemiker Nuno Maulide von der Universität Wien hält den Forschungsbereich, der mit dem Chemienobelpreis ausgezeichnet wurde, für „vielversprechend". Nun stelle sich vor allem die Frage, in welche Richtungen sich Anwendungen entwickeln lassen. „Man könnte sich eine molekulare Maschine vorstellen, die ganz gezielt einen Wirkstoff im Körper liefert“, so der Professor für Organische Synthese.

Mario Waser vom Institut für Organische Chemie der Universität Linz sieht das ähnlich. Die Idee zu molekularen Maschinen stehe seit einigen Jahrzehnten im Raum. „Mit den Muskeln haben wir ja auch im Körper solche Maschinen“, so Waser.

Ein Problem sei, dass die bisherigen Maschinen mit Licht oder elektrischem Strom stimuliert werden. „Es wird wahrscheinlich in Zukunft auch Systeme geben, die mit chemischen Stimuli arbeiten“, sagte Waser. Das wäre dann für die Medizin interessanter.

Sara Snogerup Linse, die Vorsitzende der Chemiejury, erklärt die preisgekrönte Arbeit anhand eines Brezels
APA/AFP/Jonathan Nackstrand
Und täglich grüßt das schwedische Gebäck: Sara Snogerup Linse, die Vorsitzende der Chemiejury, erklärt die preisgekrönte Arbeit anhand eines Kringels

Reaktion: „Fühle mich wie die Gebrüder Wright“

Fraser Stoddart wuchs nach Angaben des Nobelkomitees ohne Fernseher auf dem Bauernhof seiner Eltern in Schottland auf, wo er besonders viel gepuzzelt habe. „Dadurch hat er eine wichtige Eigenschaft für einen Chemiker entwickelt: Formen zu erkennen und sie zusammenzusetzen.“

Ö1-Sendungshinweis

Über das Thema berichteten auch die Ö1-Journale, 5.10., 12.00 Uhr.

Jean-Pierre Sauvage sagte der Nachrichtenagentur AFP, er sei „sehr überrascht“ über die Auszeichnung und empfinde eine „große Freude“. Bernard Feringa, der in den Pressesaal der Akademie zugeschaltet wurde, sagte, er fühle sich wie die Gebrüder Wright, die vor mehr als hundert Jahren als Erste mit einem Flugzeug flogen. „Alle haben sich gefragt, wozu man fliegende Maschinen braucht. Und heute haben wir die Boeing 747 und Airbus.“ Er verdanke den Preis seinem ganzen Team und wolle nun mit diesem feiern, sagte Feringa.

2015 wurde DNA-Reparatur ausgezeichnet

Im vergangenen Jahr erhielten die in den USA tätigen Biochemiker Paul Modrich und Aziz Sancar sowie der in Großbritannien arbeitende Schwede Tomas Lindahl den Nobelpreis für Chemie. Sie hatten auf molekularer Ebene herausgefunden, wie Zellen beschädigtes Erbgut (DNA) reparieren.

Den Nobelpreisreigen hat am Montag die Auszeichnung für Medizin eröffnet, sie wurde an den Japaner Yoshinori Ohsumi vergeben. Er wurde für seine Verdienste um die Erforschung des Autophagie-Mechanismus, der unter anderem bei der Zersetzung von Zellbestandteilen eine Rolle spielt, ausgezeichnet. Am Dienstag ging der Physiknobelpreis an drei gebürtige Briten für ihre Forschungen über exotische Materiezustände der Quantenwelt.

science.ORF.at/APA/dpa/AFP

Die Chemienobelpreise der vergangenen Jahre: