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Jean-Pierre Sauvage, Fraser Stoddart, Bernard Feringa
Chemie-Nobelpreis für Mini-Autos und Mikro-Aufzüge

Chemie-Nobelpreis 2016 geht an Sauvage, Stoddart und Feringa
Das sind die Gewinner des Chemie-Nobelpreises 2016. FOTO: afp
Stockholm. Der diesjährige Nobelpreis für Chemie geht an die drei Wissenschaftler Jean-Pierre Sauvage, Fraser Stoddart und Bernard Feringa. Die drei Forscher haben die Grundlagen für winzige Maschinen entwickelt, die tausendmal kleiner sind als ein menschliche Haar. Von Rainer Kurlemann

Das königliche Nobelpreis-Komitee in Stockholm wird gern mit dem Adjektiv ehrwürdig beschrieben, was gemeinhin die Seriosität dieser mehr als 100 Jahre alten Einrichtung unterstreicht. Doch bei der Vergabe des Nobelpreises für Chemie sind die Juroren aus ihrem eigenen Schatten getreten und haben sich für einen Ausflug in eine scheinbar ferne Zukunft entschieden.

Sie vergaben die Auszeichnung an drei Wissenschaftler, die die Grundlage für eine neue Generation von Maschinen im Miniaturformat gelegt haben: Jean-Pierre Sauvage, Fraser Stoddart und Ben Feringa. Ihre Erfindungen messen etwa das Tausendstel vom Durchmesser eines Haares und können nur mit speziellen Mikroskopen beobachtet werden. Aber sie existieren.

In ihrer Laudatio wählte die Jury eine gewagte Parallele. Der Entwicklungsstand dieser Maschinen heute sei vergleichbar mit den Anfängen des Elektromotors in den 1850er Jahren. Die ersten Ingenieure, die damals Strom in Bewegung verwandelten, hätten nicht gewusst, welche vielfältigen Anwendungen ihre elektrischen Maschinen später haben würden: Waschmaschinen, Staubsauger, Lokomotiven und Autos, Elektromotoren sind überall.

Fotos: Die Nobelpreisträger 2016 FOTO: afp

Ein Auto fährt über einen Kristall

Dieser technische Fortschritt hat das Leben der Menschen während der industriellen Revolution und später dramatisch verändert. Andere Experten bevorzugen den Vergleich mit den ersten Flugmaschinen, die einen ähnlichen Siegeszug starteten und unsere Verkehrsinfrastruktur auf den Kopf stellten.    

Eine der jüngsten Erfindungen ist zugleich vielleicht der Spektakulärste unter den Winzlingen. Der Niederländer Ben Feringa von der Universität in Groningen stellte vor zwei Jahren ein kleines Auto vor und fuhr damit über die Oberfläche eines winzigen Kristalls. Die vier Räder des Fahrzeugs bilden kleine Motoren. Sie bestehen aus Molekülen, die sich drehen, wenn sie mit UV-Licht bestrahlt werden. Weil sie sich immer in die gleiche Richtung bewegen, können sie als Motoren eingesetzt werden.

Fotos: Die Nobelpreisträger 2015 FOTO: afp, bb/iw

Der Ideenreichtum der holländischen Arbeitsgruppe des 64-Jährigen Preisträgers ist längst nicht erschöpft. Im Vorjahr befestigten die Wissenschaftler ihre Räder an einen 28 Mikrometer langen Glaszylinder. Obwohl die Last 10.000mal größer war als die Motoren, ließ sie sich von den Mini-Maschinen kontrolliert bewegen.

Der Schotte Fraser Stoddart, der heute in den USA arbeitet, hat einen kleinen Aufzug konstruiert, der 0,7 Nanometer hochfahren kann. Aus der Arbeitsgruppe des 74-Jährigen stammt eine Muskel-Maschine, die sich zusammenzieht, wenn sich der pH-Wert verändert und dabei feine Membranen bewegen. Es gibt Moleküle, die sich aufwickeln, wenn sie mit Licht bestrahlt werden und sich deshalb vielleicht als Energiespeicher eignen.   

Die Heimat solcher Nano-Maschinen war bisher die Science-Fiction-Literatur. Auf dem Blatt Papier sind die Zwerge schnell gezeichnet, aber schon der Bau eines Prototyps erwies sich als unlösbares Problem. Wie sollte man die winzigen Werkzeuge für ihren Bau herstellen? Und wer sollte sie führen? Woher beziehen sie ihre Energie für Bewegung? Und wie soll der Winzling gesteuert werden, damit man die Maschine gezielt einsetzen kann? Heute gibt es Antworten darauf, das ist der Kern dieses Nobelpreises. Sie stammen aus der Chemie und deshalb passt die Kategorie zu dieser Art der Grundlagenforschung. 

Fotos: Verleihung der Nobelpreise 2015 in Stockholm FOTO: afp, EJ

Zwei der drei Forscher haben bemerkenswerte Interviews gegeben, über ihr Selbstverständnis und über ihren Blick auf diese vermeintlich so trockene Naturwissenschaft.

Ben Feringa wurde auf einem Bauernhof groß und verbindet Chemie vor allem mit Kreativität. "Die Kraft der Chemie besteht nicht nur im Verständnis der Natur, sondern vor allem in der Fähigkeit, bisher unbekannte Moleküle und Materialien herzustellen", sagt er.

Fraser Stoddart hat eine ähnliche Vita. Er wuchs auf einer Farm in Schottland auf, die keinen elektrischen Strom hatte. Der Junge beschäftigte sich intensiv mit der Art und Weise, wie einzelne Teile exakt aneinanderpassen: er liebte Puzzle. Stoddart bezeichnet sich selbst als Künstler, der mit Molekülen arbeitet. Er fertige seine Skulpturen aus einzelnen Atomen.         

Die Nobelpreisträger 2014 FOTO: afp, bb

"Embryo der molekularen Maschinen"

Die drei Forscher sind am besten als Moleküldesigner zu beschreiben. Sie haben Moleküle entworfen und die Herstellung mit clever gesteuerten chemischen Reaktion geplant. Jean-Pierre Sauvage gelang es, Ketten aus ringförmigen Molekülen (Catenane) zu bilden. Normalerweise werden die Ketten durch chemische Bindungen zwischen den Gliedern fixiert und dadurch zerbrechlich, aber Sauvages Moleküle bestehen wie ihr makroskopisches Vorbild aus freibeweglichen Ringen, die sich freiwillig zu einer Kette anordnen.

1994 gelang dem Franzosen an der Universität Straßburg eine kleine Sensation. Er baute in seine Kette einen Ring ein, den er rotieren lassen konnte. Das Nobelkomitee bezeichnete diese Entdeckung gestern als "Embryo der molekularen Maschinen".

Die Nobelpreis-Gewinner 2013 FOTO: dpa, Berit Roald

Wozu sich diese Nano-Maschinen nutzen lassen, darüber kann man heute nur spekulieren. Weil sie so klein sind, könnten sie jede Stelle im menschlichen Körper erreichen und dort ihren Dienst verrichten, etwa Mini-OPs vornehmen oder Medikamente gezielt ausliefern.

Denkbar sind ganz neue Materialien mit faszinierenden Eigenschaften. Die drei Forscher wollen nicht länger abwarten. Mittlerweile habe er mehr als 50 verschiedene Typen von Nano-Motoren entwickelt, sagte Feringa der Wissenschaftszeitung "Nature". Jetzt sei es an der Zeit, nach Anwendungen zu suchen.            

 

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