Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Molekül-Motoren mit Licht-Antrieb

07.11.2016

ForscherInnen der Uni Graz steuern Nano-Maschinen auf Oberflächen

Ferngesteuerte Nano-Maschinen, angetrieben von einem Lichtstrahl, reinigen Oberflächen, bringen spezielle Pharmazeutika im Körper an ihren Zielort oder bauen elektronische Strukturen aus einzelnen Atomen. Dieser Zukunftsvision ist die Arbeitsgruppe von Univ.-Prof. Dr. Leonhard Grill vom Institut für Chemie der Karl-Franzens-Universität Graz einen großen Schritt nähergekommen: Dem Team ist es gelungen, einzelne molekulare Maschinen durch Laserlicht gezielt auf einer Oberfläche zu bewegen und währenddessen zu beobachten. Die Ergebnisse der Studie werden in der nächsten Ausgabe des Magazins „ACS Nano“ publiziert und sind online bereits veröffentlicht.


Bahnbrechende Entwicklung: Zwei Nano-Maschinen (weiß) auf einer 8x8 Nanometer großen Kupferoberfläche (grau), aufgenommen bei -267° mit einem Rastertunnelmikroskop. In Gelb die Molekül-Modelle der Maschinen. Foto: Uni Graz/Grill

Eine nur zwei Millionstel Millimeter große Maschine mit eingebautem Molekül-Motor hat Leonhard Grill, Leiter der Arbeitsgruppe „Single-Molecule Chemistry“ in Zusammenarbeit mit Prof. James Tour von der Rice University in Houston, USA, entwickelt.

„Die große Herausforderung war, die Moleküle anzutreiben und nachzuweisen, dass tatsächlich der interne Motor für die Bewegung verantwortlich ist“, berichtet Grill. Das haben die PhysikerInnen nun erstmals geschafft. Als „Treibstoff“ dient Licht, was gleich mehrere Vorteile bietet:

„Damit können wir die Maschinen aus der Ferne aktivieren und außerdem extrem viele Moleküle gleichzeitig bewegen – in Zukunft möglicherweise zum gezielten Transport von Atomen oder Molekülen“, schildert der Wissenschafter. Müsste man die Mini-Motoren für die Energiezufuhr verkabeln, würden sie wesentliche Eigenschaften und ihre Freiheiten verlieren.

In den Experimenten untersuchte das Team mit höchster Präzision die Position einzelner Moleküle auf einer Metalloberfläche vor und nach der Bestrahlung mit Laserlicht. Die Mini-Maschinen legten in einer Stunde Distanzen von mehr als 20 Nanometern zurück. Außerdem konnten die Besonderheiten des Motors für eine selektive Steuerung genutzt werden.

„Je nachdem, welche Farbe – also welche Wellenlänge – des Lichts wir einsetzten, konnten wir die Bewegung dirigieren“, so Grill. Diese photochemische Empfindlichkeit ist eine wesentliche Grundlage für weitere Entwicklungen:

„Man könnte in Zukunft vielleicht verschiedene Motoren in ein und derselben Nano-Maschine gezielt ansteuern und damit vollkommen neue Funktionen erreichen.“ Das wäre für eine Vielzahl an Anwendungen in der Nanotechnologie und Medizin von Interesse. Molekulare Motoren sind ein äußerst zukunftsträchtiges Feld, das heuer auch mit dem Nobelpreis prämiert wurde.

Publikation:
ACS Nano: „Light-Induced Translation of Motorized Molecules on a Surface”, Alex Saywell, Anne Bakker, Johannes Mielke, Takashi Kumagai, Martin Wolf, Víctor García-López, Pinn-Tsong Chiang, James M. Tour, Leonhard Grill
DOI: 10.1021/acsnano.6b05650

Weitere Informationen:

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.6b05650

Mag. Dagmar Eklaude | Karl-Franzens-Universität Graz
Weitere Informationen:
http://www.uni-graz.at

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Vorstoß ins Innere der Atome
23.02.2018 | Max-Planck-Institut für Quantenoptik

nachricht Quanten-Wiederkehr: Alles wird wieder wie früher
23.02.2018 | Technische Universität Wien

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Vorstoß ins Innere der Atome

Mit Hilfe einer neuen Lasertechnologie haben es Physiker vom Labor für Attosekundenphysik der LMU und des MPQ geschafft, Attosekunden-Lichtblitze mit hoher Intensität und Photonenenergie zu produzieren. Damit konnten sie erstmals die Interaktion mehrere Photonen in einem Attosekundenpuls mit Elektronen aus einer inneren atomaren Schale beobachten konnten.

Wer die ultraschnelle Bewegung von Elektronen in inneren atomaren Schalen beobachten möchte, der benötigt ultrakurze und intensive Lichtblitze bei genügend...

Im Focus: Attoseconds break into atomic interior

A newly developed laser technology has enabled physicists in the Laboratory for Attosecond Physics (jointly run by LMU Munich and the Max Planck Institute of Quantum Optics) to generate attosecond bursts of high-energy photons of unprecedented intensity. This has made it possible to observe the interaction of multiple photons in a single such pulse with electrons in the inner orbital shell of an atom.

In order to observe the ultrafast electron motion in the inner shells of atoms with short light pulses, the pulses must not only be ultrashort, but very...

Im Focus: Good vibrations feel the force

Eine Gruppe von Forschern um Andrea Cavalleri am Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie (MPSD) in Hamburg hat eine Methode demonstriert, die es erlaubt die interatomaren Kräfte eines Festkörpers detailliert auszumessen. Ihr Artikel Probing the Interatomic Potential of Solids by Strong-Field Nonlinear Phononics, nun online in Nature veröffentlich, erläutert, wie Terahertz-Laserpulse die Atome eines Festkörpers zu extrem hohen Auslenkungen treiben können.

Die zeitaufgelöste Messung der sehr unkonventionellen atomaren Bewegungen, die einer Anregung mit extrem starken Lichtpulsen folgen, ermöglichte es der...

Im Focus: Good vibrations feel the force

A group of researchers led by Andrea Cavalleri at the Max Planck Institute for Structure and Dynamics of Matter (MPSD) in Hamburg has demonstrated a new method enabling precise measurements of the interatomic forces that hold crystalline solids together. The paper Probing the Interatomic Potential of Solids by Strong-Field Nonlinear Phononics, published online in Nature, explains how a terahertz-frequency laser pulse can drive very large deformations of the crystal.

By measuring the highly unusual atomic trajectories under extreme electromagnetic transients, the MPSD group could reconstruct how rigid the atomic bonds are...

Im Focus: Verlässliche Quantencomputer entwickeln

Internationalem Forschungsteam gelingt wichtiger Schritt auf dem Weg zur Lösung von Zertifizierungsproblemen

Quantencomputer sollen künftig algorithmische Probleme lösen, die selbst die größten klassischen Superrechner überfordern. Doch wie lässt sich prüfen, dass der...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Von festen Körpern und Philosophen

23.02.2018 | Veranstaltungen

Spannungsfeld Elektromobilität

23.02.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - April 2018

21.02.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Vorstoß ins Innere der Atome

23.02.2018 | Physik Astronomie

Wirt oder Gast? Proteomik gibt neue Aufschlüsse über Reaktion von Rifforganismen auf Umweltstress

23.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

Wie Zellen unterschiedlich auf Stress reagieren

23.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics