Am 31. Juli 2025 hat die Forschungsgruppe am Institut für Chemie der Humboldt-Universität zu Berlin unter der Leitung von Dr. Michael Kathan bedeutende Fortschritte in der Entwicklung von lichtbetriebenen Nanomotoren erzielt. Dieser innovative Nano-Motor ermöglicht das gezielte Umeinanderwickeln von zwei Molekülsträngen, was zur Erzeugung von Catenanen führt. Catenane bestehen aus zwei ringförmigen Molekülen, die mechanisch miteinander verschlungen sind, jedoch nicht chemisch verbunden sind. Diese Ergebnisse wurden in der renommierten Fachzeitschrift Science veröffentlicht, was die Relevanz und den Innovationsgrad der Forschung unterstreicht.

Der neu entwickelte Nano-Motor agiert als eine Mini-Maschine, die durch Licht angetrieben wird und sich in eine Richtung dreht. Eine der wichtigsten Erkenntnisse aus dieser Arbeit ist die Einführung einer neuen Methode, die eine präzise mechanische Kontrolle über Moleküle ermöglicht. Diese Methode ist die erste template-freie Herangehensweise, die nicht auf spezifische Templaten angewiesen ist, wie es in der bisherigen synthetischen Chemie der Fall war. Dadurch wird die Erzeugung vielfältiger spezifischer dreidimensionaler Strukturen ermöglicht.

Funktionalität des Nano-Motors

Die rotierende Bewegung des Motors erzeugt mechanisch definierte Windungen, die dann chemisch fixiert werden. Catenane gelten als grundlegende Elemente für die Entwicklung mechanisch verschränkter Strukturen, einschließlich molekularer Ketten, Gewebe oder Netzwerke. Die über diese Technologie erzeugten neuen Materialien aus mechanisch verschränkten Molekülen könnten außergewöhnliche Eigenschaften wie hohe Flexibilität und Widerstandsfähigkeit aufweisen. Dies macht sie zu vielversprechenden Kandidaten für Anwendungen in der Nanotechnologie und Materialwissenschaft.

Ebenfalls relevant sind die aktuellen Erkenntnisse von Chemie.de, wo Forscher der LMU München die Effizienz und Kontrollierbarkeit lichtgetriebener molekularer Motoren untersuchen. Diese Motoren können gezielte Drehbewegungen ausführen und stellen somit einen signifikanten Fortschritt in der Entwicklung von Nanomaschinen dar. Eine zentrale Komponente dieser Motoren ist das Molekül Hemithioindigo. Es verändert unter Lichteinfluss seine Struktur und rotiert unidirektional um eine Kohlenstoff-Doppelbindung.

Anwendungen und Zukunftsperspektiven

Die Technik, die in der LMU-Studie entwickelt wurde, erweitert die Möglichkeiten der Anwendung von Nanomotoren. Hierbei wurde ein Mechanismus integriert, der die Bewegung eines zweiten Molekülteils steuert und zeigt, dass die Übertragung von Energie zwischen molekularen Einheiten machbar ist. Die Ergebnisse belegen, dass der Motor die Drehung der Einfachbindung signifikant beschleunigen kann, was Fragen zur Arbeit beantwortet, die ein molekularer Motor auf dieser Skala leisten kann.

Ein großer Anteil an der Forschung über molekulare Maschinen kann auf ihre Definitionen zurückgeführt werden, wie sie in der umfassenden Zusammenstellung auf Wikipedia beschrieben sind. Molekulare Maschinen sind supramolekulare Systeme, die mechanische Bewegungen ausführen und oft durch das Kopieren biologischer Systeme entstanden sind. Diese Maschinen erfordern externe Energiezufuhr und haben das Potenzial, chemische oder mechanische Prozesse auf molekularer Ebene zu steuern.

Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass die aktuellen Entwicklungen bei lichtbetriebenen Nano-Motoren sowohl bei der Humboldt-Universität als auch der LMU erhebliche Fortschritte in der Nanotechnologie markieren. Die erzeugten Moleküle und die Erkenntnisse über ihre Steuerung könnten langfristig in den Bereichen Materialwissenschaft, Nanomedizin sowie bei der Entwicklung funktionaler Nanomaschinen Anwendung finden.