An Solarzellen und optische Chips denken Forscher, wenn sie Porphyrin-Moleküle zur Bildung von riesigen Ringen „motivieren”.
Die Mitarbeiter organisieren sich so, daß sich die Arbeit fast von alleine erledigt – so mancher Chef wünscht sich das. Im Reich der Atome und Moleküle ist der Traum realisierbar: Europäische Forschergruppen haben einen Weg gefunden, wie sich kompliziert aufgebaute, riesige Molekülstrukturen mit neuen Eigenschaften selbständig bilden – aufwendige Synthesen entfallen.
Dazu brachten sie einen Flüssigkeitsfilm auf einer Unterlage auf, den diese eigentlich ablehnt. Verantwortlich sind abstoßende Molekülkräfte zwischen der Flüssigkeit und der Unterlage. Ein Beispiel aus dem Alltag: Nach dem Waschen bildet sich auf Autos ein Wasserfilm. Ist der Autolack gut gewachst, reißt dieser Film rasch auf. Löcher bilden sich, und schließlich bleiben nur Wassertropfen zurück.
Einen solchen Entnetzungsprozeß nutzten die Forscher aus: Sie lösten in dem Flüssigkeitsfilm Moleküle, die mit nach außen gerissen werden – so wie Schwimmer bei einer Flutwelle. Dabei sammeln sich die Teilchen an den Rändern der entstehenden Löcher an. Dort kommen sie einander nahe und schließen sich zu einem riesigen Molekülring zusammen. Wird die Flüssigkeit entfernt, bleibt Ring um Ring auf der Unterlage zurück.
Riesig sind die Ringe allerdings nur in der atomaren Welt: Größer als der milliardste Teil eines Meters, sind sie immer noch viel zu klein, um sie mit dem bloßen Auge erkennen zu können.
Forschergruppen um den belgischen Professor Frans de Schryver und den holländischen Professor Roeland Nolte verwenden zum Bau der Ringe bestimmte Biomoleküle, die Porphyrine. In der Natur regeln sie den Sauerstofftransport im Blut und die Energiegewinnung aus Licht in der Pflanze. Mit Hilfe des neuen Verfahrens schließen sie sich selbständig zu größeren Einheiten zusammen, die mit klassischen chemischen Methoden nicht herzustellen wären.
Nachdem sie von Chemikern geschickt “motiviert” wurden, haben sich Moleküle selbständig organisiert und Ringe gebildet. Sichtbar werden diese durch eine spezielle Art der Fluoreszenz-Mikroskopie.
Beim Aufreißen des Flüssigkeitsfilms können dabei nicht nur einzelne Ringe entstehen, sondern sogar ein molekulares Netz: Je mehr Teilchen in der Flüssigkeit verteilt sind, um so dicker werden die Ringe. Schließ-lich stoßen sie aneinander. Ergebnis des Kollisionskurses ist ein dichtes Netzhemd aus Porphyrin-Ringen.
Noch liegt die technologische Verwendung der Entnetzungs-methode und der hergestellten Substanzen in weiter Ferne. Doch die aus der Natur bekannten Eigenschaften einiger Porphyrine beflügeln die Phantasie der Wissenschaftler. Sie denken an die Beschichtung von Solarzellen und an neue optoelektronische Bauteile. Denn Porphyrine können einfallendes Licht in manchen Wellenlängenbereichen verstärken oder die Farbe des Lichts verändern. Eine große Zahl geeignet plazierter Moleküle könnte daher als optischer Chip dienen.
Ralf Blossey
