Nanostrukturen nach dem Vorbild der Natur
Leben ist ohne Nanotechnologie nicht möglich. Die Natur setzt schon seit jeher auf die Prinzipien, die nun auch immer mehr technische Anwendungen finden. Das Max Planck-EPFL Center for Molecular Nanoscience and Technology erforscht im Grenzgebiet zwischen Nano- und Biotechnologie neue Materialien, deren Eigenschaften durch ihre Nanostruktur bestimmt werden.
Neben Wissenschaftlern um Klaus Kern, Direktor am Max-Planck-Institut für Festkörperforschung in Stuttgart, und um Thomas Rizzo, Professor der naturwissenschaftlichen Fakultät der École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), beteiligen sich auch die Max-Planck-Institute für biophysikalische Chemie in Göttingen und für Intelligente Systeme in Stuttgart, das Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft in Berlin sowie die Fakultäten der EPFL für Lebenswissenschaften und Ingenieurwissenschaften am Max Planck-EPFL Center. Einen wichtigen Schwerpunkt der Kooperation und bildet die gemeinsame Ausbildung des wissenschaftlichen Nachwuchses an einer eigenen Doktorandenschule. Diese ist ebenso ein Alleinstellungsmerkmal des Centers ist wie das eigene Labor, das auf dem Campus der EPFL entstehen wird.
An dem Center wollen die Forscher zum einen in grundlegenden Untersuchungen die Prinzipien aufdecken, nach denen die Eigenschaften eines Materials mit seiner molekularen Struktur verknüpft sind, und die physikalischen Größen identifizieren, über die sich Struktur und Eigenschaften kontrollieren lassen. Zum anderen beschreiten die Kooperationspartner neue bionanotechnologische Wege zu potenziellen Anwendungen in Medizin und Pharmakologie. Diesen Zielen entsprechend arbeiten an dem Center Chemiker, Physiker, Biologen und Ingenieure zusammen.
Elementar für biologische Prozesse und die molekulare Nanowissenschaft ist die molekulare Erkennung. Die Natur hat darin eine Perfektion erreicht, die für die Technik immer noch den Maßstab setzt: ein Enzym verarbeitet immer das richtige Substrat, ein Antikörper findet stets zuverlässig zu einem Antigen, und eine Zelle reagiert ausgesprochen empfindlich auf ihre Umgebung. Da Einsichten in die molekulare Erkennung die Möglichkeit schaffen, gezielt komplexe Nanosysteme für die Nano- und Biotechnologie zu erzeugen, stellen ihre Mechanismen einen zentralen Forschungsgegenstand an dem Center dar.
Die molekulare Erkennung nutzen Forscher im Max-Planck-EPFL-Labor aus, um Nanostrukturen im Bottom-up-Verfahren zu erzeugen. Dabei ordnen sich Moleküle unter geeigneten Bedingungen ähnlich wie bei der Entstehung von Biomaterialien selbstorganisiert zu den gewünschten Strukturen an. Welche Bedingungen dafür die geeignetsten sind, wird eine Frage sein, der die Forscher in Lausanne nachgehen. Darüber hinaus erforschen die Wissenschaftler in dem Labor grundlegende Zusammenhänge des Energieaustauschs zwischen Molekülen. Diese sind für zahlreiche technische Anwendungen wie etwa die Spaltung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff oder die Fotokatalyse relevant, mit der sich die Energie des Sonnenlichts nach dem Vorbild der Pflanzen in chemische Energie umwandeln lassen könnte.
Foto: Der Wissenschaftler Magali Lingenfelder erklärt technische Anlagen im Labor an der EPFL. © dpa/MPG