Nobelpreis: Chemie-Nobelpreis für Entwicklung molekularer Maschinen

Die höchste Auszeichnung im Fach Chemie erhalten Jean-Pierre Sauvage, Sir James Fraser Stoddart und Bernard L. Feringa für die Synthese der kleinsten Maschinen der Welt.

Der diesjährige Nobelpreis für Chemie geht an Jean-Pierre Sauvage, Sir James Fraser Stoddart und Bernard L. Feringa. Sie werden für das Design und die Synthese molekularer Maschinen geehrt, die wie winzige künstliche Muskeln oder Motoren funktionieren. Das gab die Königlich Schwedische Akademie der Wissenschaften in Stockholm bekannt.

Der Franzose Sauvage ist emeritierter Professor der Universität Straßburg. Fraser Stoddart ist gebürtiger Brite und forscht an der Northwestern University im amerikanischen Evanston. Der Niederländer Feringa arbeitet an der Universität Groningen.

Molekulare Maschinen werden aus Molekülen gebaut, die wie die Teile einer Maschine aus Ringen und Achsen bestehen - daraus lassen sich submikrosopische Autos und Motoren, Aufzüge oder Muskeln bauen.

Oft werden Moleküle durch starre Elektronenpaar-Bindungen zusammengehalten. Wie aber wäre es, wenn bewegliche Verbindungen den Molekülen mehr Freiheit ließen - und zwar ohne, dass Atome direkt miteinander in Kontakt treten? Der Franzose Jean-Pierre Sauvage untersucht diese Frage seit mehr als 30 Jahren, und wie so oft in der Wissenschaft gelang der Durchbruch durch einen Zufall. Sauvage beobachtete eines Tages, wie sich zwei Moleküle um ein gemeinsames Kupferion geschlungen hatten, ähnlich wie um einen Magneten. Mit dieser Entdeckung war der Grundstein für die Entwicklung einer molekularen Maschine gelegt. Denn wie bei einem Auto auch kann ein Motor nur funktionieren, wenn die Einzelteile gut miteinander verbunden sind - aber dennoch beweglich bleiben.

Das Kupferion vermittelt die Verbindung von Molekülen, quasi wie Tinder.

(Foto: Johan Jarnestad/The Royal Swedish Academy of Sciences)

James Fraser Stoddart wiederum erweiterte die Entdeckung, indem er sogenannte Rotaxane entwickelte: Ringförmige Moleküle, aufgespießt auf einer Art Achse. Es gelang fortan, Bewegung in diese Moleküle zu bringen, 2004 baute Stoddarts Team sogar eine Art Nano-Aufzug, der tatsächlich Höhenunterschiede von 0,7 Nanometern bewältigen kann. Das ist weniger als ein Millionstel Millimeter.

Modell des Nano-Aufzugs

(Foto: Johan Jarnestad/The Royal Swedish Academy of Sciences)

Berndard L. Feringa entwickelte bereits seit 1999 den ersten molekularen Motor. Normalerweise bewegen sich Moleküle zufällig, meist gleich oft nach links wie nach rechts. Um eine Maschine bauen zu können, musste Feringa ein Molekül entwickeln, dass sich in seiner Bewegung steuern lässt. Dazu baute er eine Art Rotorblätter und fügte Methylgruppen hinzu, die wie Sperrzähne einer Ratsche die Bewegung des Moleküls in nur eine Richtung erlauben. Was noch fehlte, war die Frage der Energieversorgung. Feringa setzte die Moleküle ultraviolettem Licht aus - und siehe da: Der erste Motor bewegte sich - wenn auch nicht besonders schnell. 2011 folgte ein Nano-Auto mit vier Rädern.

Der Nano-Car mit Vierrad-Antrieb

Der Sinn des Ganzen? Mit den Ergebnissen ist eine Art Werkzeugkasten entstanden, mit dem Forscher Strukturen bauen könnten, zum Beispiel einen winzigen Roboter, der Aminosäuren verbinden kann. Eine andere, noch nicht ausgereifte Funktion könnte das Speichern von Lichtenergie sein - in Form einer hocheffizienten Batterie. All dies sind Forschungsprojekte der Zukunft, doch eines ist heute schon klar: Die kleinste Maschine der Welt ist tausend Mal dünner als ein menschliches Haar.

"Die diesjährigen Preisträger sind in eine neue Dimension der Chemie vorgedrungen", lobten Nobelpreis-Juroren die Forschungsprojekte. "Sie haben Moleküle entwickelt, deren Bewegungen man kontrollieren kann und die eine Aufgabe erfüllen, wenn sie die dafür nötige Energie bekommen."

Zuvor hatte die Jury bereits die Nobelpreise 2016 für Medizin und Physik verkündet. Die Auszeichnung in Medizin erhält der Japaner Yoshinori Ohsumi für die Entschlüsselung eines lebenswichtigen Recycling-Systems in Körperzellen. Den Preis in Physik bekommen die gebürtigen Briten David Thouless, Duncan Haldane und Michael Kosterlitz für ihre Modelle zur Topologie von Festkörpern.

Den seit 1901 verliehenen Chemie-Nobelpreis gewannen bislang vor allem amerikanische Forscher. Die erste Auszeichnung erhielt der Niederländer Jacobus van't Hoff für die Entdeckung von Gesetzen der Osmose. Im vergangenen Jahr zeichnete die Jury Tomas Lindahl, Paul Modrich und Aziz Sancar für die Beschreibung eines Erbgut-Reparatursets aus.

Am Freitag gibt das Nobelkomitee in Oslo den Träger des Friedensnobelpreises bekannt. Am darauffolgenden Donnerstag verkündet eine Jury den Literaturnobelpreisträger. Verliehen werden die mit je acht Millionen Kronen (etwa 830 000 Euro) dotierten Preise am 10. Dezember.