Sie sieht aus wie eine Hantel, auf deren Stange sich ein Ring hin und her bewegt – nur ist dieses Gebilde gerade einmal vier Nanometer groß

In meinem Nanoversum-Beiträgen bin ich bereits auf Nanoschalter und Nanolaufbänder eingegangen. Nun ist es den Forschern gelungen, eine weitere Mechanik zu synthetisieren.
Ein Bild spricht mehr als tausend Worte:

Das Wirkungsprinzip, das in der Pressemitteilung vorgestellt wird, ist dabei recht simpel:
Durch Licht wird ein Proton freigegeben, das den Ring löst. Dieser wird dabei aufgeladen, spürt dadurch eine Kraft und rutscht zur Seite. Dort gibt er seine Ladung wieder ab und heftet sich wieder an seine Startposition.

Das Vorbild liefert die Natur

Bei Halobakterien, die in Salzseen vorkommen, sorgt ein Farbstoff-Protein-Komplex (Bakteriorhodopsin) dafür, dass durch Lichtabsorption Protonen aus dem Cytoplasma nach außen transportiert werden. Der entstehende Protonen-Konzentrationsunterschied zwischen dem Cytoplasma und dem Außenmedium wird zur Herstellung von Adenosintriphosphat (ATP) genutzt, dem wichtigsten Energieträger jeder Zelle.

Das entscheidende ist, dass es sich bei dem von den Forschern nachgebildeten Komplex nicht einfach nur um einen beweglichen Kolben handelt, sondern tatsächlich ein Transport stattfindet. Es handelt sich also wirklich um eine Nano-Pumpe: Wenn die Pumpe stimuliert wird, bewegt sie Protonen, senkt lokal den pH-Wert und erzeugt damit ein Gefälle.

Was kann die Pumpe?

Alleine kann die Pumpe noch nicht viel, aber im Zusammenspiel mit anderen Komponenten, die zur einer Nanomaschine zusammengeführt werden, erhält sie eine wichtige Rolle:
Wie im einem Auto, in dem die Betriebsmittel richtig verteilt werden müssen, könnte die Nanopumpe dafür sorgen, dass bestimmte Chemikalien an ihren Platz kommen oder abtransportiert werden.

 

Da die Pumpe und andere Mechaniken, die bisher in dem Projekt entwickelt wurden,
alle nur wenige Moleküle groß sind, könnte als Fernziel tatsächlich eine
Nano-Maschine möglich werden, die in der Nanoskala liegt.


Quelle:
Pressemitteilung Uni-Kiel, SFB 677: Nanomaschinen: Kieler Forscherinnen und Forscher entwickeln molekulare Pumpe
Hesseler B. et al., A Shuttle for the Transport of Protons Based on a [2]Rotaxane. European Journal of Organic Chemistry (2014); DOI: 10.1002/ejoc.201402249 (nicht offen)

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