Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wenn Moleküle morsen - Nanoforscher veröffentlichen Ergebnisse in „Nature“

22.01.2013
Forscher des Center for Nanointegration (CENIDE) der Universität Duisburg-Essen (UDE) haben eine Technologie entwickelt, Bewegungen einzelner Atome und Moleküle in Echtzeit nachzuverfolgen. Diese Erkenntnis veröffentlichten sie jüngst in „Nature Materials“. Wer ganz still ist, kann die Bewegung der Moleküle sogar hören.

Das Geräusch, das aus dem Kopfhörer von Johannes Schaffert kommt, klingt wie einst das Rauschen eines Fernsehers nach Sendeschluss. Tatsächlich aber können Schaffert und seine Kollegen aus der Arbeitsgruppe des Experimentalphysikers Prof. Dr. Rolf Möller hieraus konkrete Informationen über das Verhalten einzelner Moleküle ziehen.


Das Rauschen eines einzelnen Moleküls verrät etwas über seine Dynamik: mittels Rastertunnelmikroskopie entstandene Aufnahme eines Kupferphthalocyanin-Moleküls. Das Bild ist 2,3 Nanometer x 2,3 Nanometer groß.

Dafür nutzte das Team ein Rastertunnelmikroskop (RTM): Es funktioniert, indem eine winzige Nadel, deren Spitze aus nur wenigen Atomen besteht, Zeile für Zeile die Oberfläche einer Probe abtastet und dabei – je nach deren Beschaffenheit – verschieden große Tunnelströme misst. Diesen Wert nutzen Forscher, um den Abstand zwischen Nadel und Probe zu bestimmen und daraus ein Relief der Oberfläche zu erstellen.

Auf diese Weise haben die Forscher einzelne Moleküle des blauen Farbpigments Kupferphthalocyanin auf einer Kupferoberfläche analysiert. Dabei stellten sie fest, dass der Messwert an manchen Stellen des Moleküls nicht konstant blieb, sondern hin- und hersprang. Diese Sprünge kann man tatsächlich als Rauschen im Mess-Signal hörbar machen. Obwohl die Moleküle vermeintlich fest an der Oberfläche gebunden waren, musste doch irgendeine Bewegung stattfinden. „In der Wissenschaft wird oft behauptet, im Rauschen läge keine Information“, erläutert Möller. „Das ist so nicht richtig, sie ist hier nur subtiler enthalten.“ Bisher mussten die Forscher, die sich hierfür interessierten, noch manuell auswerten. Das Team um Schaffert hingegen entwickelte eine Elektronik, die parallel zur normalen Oberflächenmessung ebenfalls sämtliche Parameter des Rauschens erfasst: Schaltrate, Schaltamplitude und Taktverhältnis. „Das erfasst für uns in einem einzigen Messschritt neben der klassischen Oberflächentopographie, wie schnell der Strom springt, wie groß die Sprünge sind und wie lange der Strom auf dem jeweiligen Niveau bleibt“, berichtet Schaffert. „Die Moleküle morsen uns die Informationen zu.“

Übertragen auf die Vorgänge in der molekularen Ebene bedeutet das: Die Forscher können in Echtzeit nachvollziehen, wie sich das Molekül bewegt. Gemeinsam mit Kollegen des Centre d’Investigació en Nanociència i Nanotecnologia in Barcelona und des Institut des Sciences Moléculaires d’Orsay in Paris berechneten sie, dass sich das Molekül auf ihrer Probe bei jedem Sprung im Strom um sieben Grad um seine eigene Achse dreht.

Besonders für die noch in den Anfängen steckende Molekularelektronik sind die neue Messmethode sowie die Erkenntnisse, die sie verspricht, von ungeheurer Bedeutung: Diese Zukunftstechnologie nutzt einzelne bewegliche Atome oder Moleküle als winzige Schalter, um zum Beispiel einen elektrischen Kontakt herzustellen oder zu trennen. Da das vom Team um Schaffert entwickelte Verfahren problemlos auf andere Moleküle und Atome zu übertragen ist, lässt sich auch deren Bewegungen nun mit höchster Auflösung nachvollziehen. So haben die CENIDE-Forscher der eigentlich langsamen RTM-Technologie eine zeitaufgelöste Variante hinzugefügt, die mehrere Tausend Bewegungen pro Sekunde analysieren kann.

Auch anderen Arbeitsgruppen will Möller diese Technologie nun zugänglich machen: „Interessierte Forscher können uns einfach ansprechen. Wir geben gerne Starthilfe.“

Die Veröffentlichung in Nature Materials ist online abrufbar:
http://dx.doi.org/10.1038/nmat3527

Redaktion und weitere Informationen:
Birte Vierjahn, CENIDE, Tel. 0203 379-8176, birte.vierjahn@uni-due.de

Ulrike Bohnsack | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-due.de
http://dx.doi.org/10.1038/nmat3527

Weitere Berichte zu: Atom CeNIDE Echtzeit Molekül Nadel Nanoforscher Probe Rauschen

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Designerviren stacheln Immunabwehr gegen Krebszellen an
26.05.2017 | Universität Basel

nachricht Wachstumsmechanismus der Pilze entschlüsselt
26.05.2017 | Karlsruher Institut für Technologie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Lässt sich mit Boten-RNA das Immunsystem gegen Staphylococcus aureus scharf schalten?

Staphylococcus aureus ist aufgrund häufiger Resistenzen gegenüber vielen Antibiotika ein gefürchteter Erreger (MRSA) insbesondere bei Krankenhaus-Infektionen. Forscher des Paul-Ehrlich-Instituts haben immunologische Prozesse identifiziert, die eine erfolgreiche körpereigene, gegen den Erreger gerichtete Abwehr verhindern. Die Forscher konnten zeigen, dass sich durch Übertragung von Protein oder Boten-RNA (mRNA, messenger RNA) des Erregers auf Immunzellen die Immunantwort in Richtung einer aktiven Erregerabwehr verschieben lässt. Dies könnte für die Entwicklung eines wirksamen Impfstoffs bedeutsam sein. Darüber berichtet PLOS Pathogens in seiner Online-Ausgabe vom 25.05.2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) ist ein Bakterium, das bei weit über der Hälfte der Erwachsenen Haut und Schleimhäute besiedelt und dabei normalerweise keine...

Im Focus: Can the immune system be boosted against Staphylococcus aureus by delivery of messenger RNA?

Staphylococcus aureus is a feared pathogen (MRSA, multi-resistant S. aureus) due to frequent resistances against many antibiotics, especially in hospital infections. Researchers at the Paul-Ehrlich-Institut have identified immunological processes that prevent a successful immune response directed against the pathogenic agent. The delivery of bacterial proteins with RNA adjuvant or messenger RNA (mRNA) into immune cells allows the re-direction of the immune response towards an active defense against S. aureus. This could be of significant importance for the development of an effective vaccine. PLOS Pathogens has published these research results online on 25 May 2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) is a bacterium that colonizes by far more than half of the skin and the mucosa of adults, usually without causing infections....

Im Focus: Orientierungslauf im Mikrokosmos

Physiker der Universität Würzburg können auf Knopfdruck einzelne Lichtteilchen erzeugen, die einander ähneln wie ein Ei dem anderen. Zwei neue Studien zeigen nun, welches Potenzial diese Methode hat.

Der Quantencomputer beflügelt seit Jahrzehnten die Phantasie der Wissenschaftler: Er beruht auf grundlegend anderen Phänomenen als ein herkömmlicher Rechner....

Im Focus: A quantum walk of photons

Physicists from the University of Würzburg are capable of generating identical looking single light particles at the push of a button. Two new studies now demonstrate the potential this method holds.

The quantum computer has fuelled the imagination of scientists for decades: It is based on fundamentally different phenomena than a conventional computer....

Im Focus: Tumult im trägen Elektronen-Dasein

Ein internationales Team von Physikern hat erstmals das Streuverhalten von Elektronen in einem nichtleitenden Material direkt beobachtet. Ihre Erkenntnisse könnten der Strahlungsmedizin zu Gute kommen.

Elektronen in nichtleitenden Materialien könnte man Trägheit nachsagen. In der Regel bleiben sie an ihren Plätzen, tief im Inneren eines solchen Atomverbunds....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Meeresschutz im Fokus: Das IASS auf der UN-Ozean-Konferenz in New York vom 5.-9. Juni

24.05.2017 | Veranstaltungen

Diabetes Kongress in Hamburg beginnt heute: Rund 6000 Teilnehmer werden erwartet

24.05.2017 | Veranstaltungen

Wissensbuffet: „All you can eat – and learn”

24.05.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

DFG fördert 15 neue Sonderforschungsbereiche (SFB)

26.05.2017 | Förderungen Preise

Lässt sich mit Boten-RNA das Immunsystem gegen Staphylococcus aureus scharf schalten?

26.05.2017 | Biowissenschaften Chemie

Unglaublich formbar: Lesen lernen krempelt Gehirn selbst bei Erwachsenen tiefgreifend um

26.05.2017 | Gesellschaftswissenschaften