Molekül-Forschung Formel 1 der Atome: Macht ein Dresdner Molekül das Rennen beim NanoCarRace?

Es ist ein bisschen wie Formel 1 – nur mit Atomen. Beim weltweit 2. Nanocar-Rennen bewegen sich Moleküle 24 Stunden lang über eine Fläche aus Gold. Am Steuer für Deutschland: Eine Molekülforscherin aus Dresden.

Nanocar Team German Azulene Explorer
Sie hoffen in Dresden auf den Sieg ihres Nano-Boliden. Das Team GAzE. Vielleicht gibt's ein oder zwei Moleküle als Prämie. Bildrechte: TU Dresden, Center for Advancing Electronics Dresden

Donnernde Motoren, quietschende Reifen und am Schluss sprudelnde Sektflaschen: So geht es bei normalen Autorennen zu. Beim 2. Nanocar-Rennen weltweit wird es weniger ohrenbetäubend sein, eher klinisch sauber und geruchsarm. Denn die Boliden, die hier am Start sind, sind nur nanogroß, aus 50 bis 200 Atomen geformt. Start für das 24-Stunden-Rennen war am 24. März 11:00 Uhr. Nur eben nicht über Asphalt, wo alle neben- und miteinander rasen, und von Dutzenden Kameras live verfolgt werden, sondern über Oberflächen aus Gold. Jedes Nanocar fährt in dem Land, in dem es entwickelt wurde, beobachtet per Elektronen-Mikroskop.

Nanocar-Race 1 min
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Mi 23.03.2022 16:03Uhr 00:19 min

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Feld mit Echter Kamille
Die bekannteste natürliche Azulenverbindung kommt in der Kamille vor. Schon im 15. Jahrhundert wurde Azulen als tiefblaues ätherisches Öl durch Wasserdampfdestillation gewonnen. Bildrechte: imago/imagebroker/möbus

Das Team, dessen Molekül in 24 Stunden die meisten Nanometer (also Milliardstel Meter, jede Schnecke ist dagegen vermutlich so etwas wie ein Überschallflieger) auf seiner Oberfläche zurücklegt, hat gewonnen. Insgesamt sind acht Teams angemeldet, unter anderem aus den USA, aus Japan, Österreich, Spanien und eben Deutschland. Koordiniert wird das Rennen am französischen Forschungszentrum CNRS in Toulouse. Für Deutschland ist ein Team aus Dresden am Start. Der Nano-Bolide hat einen Kern aus Azulen, einem blauen aromatischen Kohlenwasserstoff, der in Kosmetikprodukten und als Färbemittel verwendet wird. Daher stammt auch der Teamname GAzE, das steht für German Azulene Explorer.

EIn Haar unter einem Mikroskop
Ein menschliches Haar unter einem Mikroskop. Durchmesser in Nanometern: 70.000. Bildrechte: IMAGO / agefotostock

Den Dresdner Nano-Boliden steuert Teamleiterin Francesca Moresco. Ihr Nanocar selbst ist in Dresden, denn die einzelnen Molekül-Autos bewegen sich nicht auf einer gemeinsamen Plattform vorwärts, sondern jedes auf seiner eigenen. Mit bloßem Auge kann man die natürlich nicht erkennen, dafür braucht es Rastertunnelmikroskope. Außerdem versorgen diese Spezialmikroskope die Nanocars mit der nötigen Spannung um sich fortzubewegen. Und sollte ein Molekül-Wagen liegenbleiben, kann ein Ersatz-Molekül ins Rennen geschickt werden, denn jedes Team hat mehrere Nanocars in den Boxen. Und sollte etwas auf der Rennbahn klemmen, dann ist das Team in Dresden vor Ort, dass das Mikroskop warten und Störungen beseitigen kann.

Was tun mit Molekülen, die sich steuern lassen?

Nanocar race
Das Dresdner Nanocar. Bildrechte: cfaed – Center for Advancing Electronics Dresden

Soviel Technik, Rechnerleistung, organisatorischer Aufwand und Koordinierung von Wissenschaftseinrichtungen für ein Rennen, das man mit bloßem Auge nicht mal sehen kann? Was auf den ersten, nun ja, Blick recht spaßig klingt, hat allerdings einen praktischen wissenschaftlichen Hintergrund. Die Entwicklung von designten Molekülen, die man gezielt fortbewegen kann, steckt derzeit noch in den Kinderschuhen. "Mal bewegen sich die Moleküle, mal nicht, und man weiß einfach noch nicht, warum", erläutert Matthias Hahndorf vom Center for Advancing Electronics Dresden. Die Molekülforschung steckt an der Stelle noch in den Kinderschuhen, es geht um Grundlagenforschung.

Was daraus werden kann, klingt heute noch wie Science-Fiction: Im Bereich Medizin könnte man sich vorstellen, dass in Zukunft einmal steuerbare Moleküle helfen, Wirkstoffe dahin zu verteilen wo sie hin sollen. Oder im Bereich Nano-Computing könnte diese Technologie bei der Datenverarbeitung ohne Elektronik eingesetzt werden. Da wo heute noch Elektronik die Arbeit macht, könnten das in Zukunft Moleküle erledigen. Die könnte man parallel einsetzen, wie bei Quantencomputern. Während bei heutigen Systemen Prozesse nacheinander abgearbeitet werden, könnten mit Nanotechnologie Prozesse zeitgleich bearbeitet werden. Überall im Nanobereich, wo etwas bewegt werden muss, könnte man auf die designten Moleküle zurückgreifen, die man in verschiedenen Umgebungen und auf verschiedenen Oberflächen steuern kann.

Francesca Moresco
Teamleiterin Francesca Moresco ist zum zweiten Mal am Start. Bildrechte: TU Dresden, Center for Advancing Electronics Dresden

Teamleiterin Moresco rechnet durchaus mit einem Sieg. Beim ersten Nanorennen 2017 hatte das Dresdner Team mit seinem Boliden namens Windmühle, bestehend aus bescheidenen vier Molekülen immerhin den 3. Platz gemacht.

Auf Youtube können Sie das Rennen live verfolgen.

(lfw)

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