Chemiker haben eine molekulare „Maschine“ konstruiert, die wie ein Nanogefäß mit eingebautem Schalter funktioniert und so gezielt den Zugang zum Hohlraum im Inneren regulierbar macht. Sie kann so gezielt Fremdsubstanzen aufnehmen und quasi auf Komando wieder abgeben.
Molekulare Maschinen und nanoskopische Bauteile imitieren – zumindest theoretisch – die Funktionen ihrer makroskopischen Analoga. So gibt es beispielsweise nanoskopische Kapseln, die als Reaktionsgefäße dienen können, Moleküle mit gegeneinander drehbaren Teilen, die Rotoren nachahmen, und verschiedene Typen von An/Aus-Schaltern. Der Ouroboros ist ein in vielen Kulturen verbreitetes archaisches Motiv einer sich in den Schwanz beißenden Schlange, das die Ewigkeit und Zyklen symbolisiert.
Hohlraum für „Gastmoleküle“
Die Chemiker Julius Rebek und Fabien Durola vom Scripps Research Institute in La Jolla haben nun ein molekulares Analogon eines solchen Kreises konstruiert und dieser Verbindungklasse den passenden Namen „Ouroborand“ gegeben. Der Ouroborand des amerikanischen Forscherduos ist ein Molekül, das aus mehreren Teilen besteht: Ein Hohlraum, der „Gastmoleküle“ aufnehmen kann, dient als Gefäß. Am Rand trägt das Gefäß einen schaltbaren „Rotor“ (eine Bipyridyl-Einheit), an den über einen Verbindungsarm passender Länge ein intramolekularer „Gast“ wie eine Hand angeknüpft ist.
Der Rotor ist so gedreht, dass sich die „Hand“ am Ende des Verbindungsarms innerhalb des Gefäßes befindet. Das Gefäß ist damit blockiert und für Fremdmoleküle nicht zugänglich, also auf „geschlossen“ geschaltet. In dieser Konformation erinnert das Molekül an die Schlange, die sich ihren eigenen Schwanz einverleibt, den Ouroboros.
Einsatz als Molekül-„Shuttle“ denkbar
Werden Zinkionen in die Lösung gegeben, lösen sie einen Schaltvorgang aus: Der Rotor hat zwei Bindestellen für Zinkionen. Damit beide ein Ion binden können, muss der Rotor eine halbe Drehung ausführen. Der Verbindungsarm macht diese Drehbewegung mit. Dadurch wird die „Hand“ aus dem Gefäß herausgezogen. Das Gefäß ist nun frei und für Fremdmoleküle zugänglich, also auf „offen“ geschaltet. Werden die Zinkionen wieder aus der Lösung entfernt, dreht sich der Rotor in seine Ausgangsposition zurück, und die Hand wirft das Fremdmolekül wieder aus dem Gefäß hinaus.
Eingesetzt werden könnte ein solches Molekül beispielsweise als „Shuttle“ für Pharmazeutika oder andere reaktive Substanzen.
(Angewandte Chemie, 22.04.2010 – NPO)
