Eine neue Familie von Nanoautos steht bereit für den nächsten Nano-Grand Prix

Dipolares Nanoauto auf der Basis eines Porphyrin-Grundgerüsts

18.06.2020 - Japan

Nach Angaben der britischen Royal Automobile und der französischen Automobilclubs wurde das erste Auto 1770 von dem Franzosen Joseph Cugnot geschaffen. Dieser "Fardier" (französische Bezeichnung für einen Wagen zum Transport schwerer Lasten) war ein von einer Dampfmaschine angetriebener Wagen, der von einem Kessel angetrieben wurde. Diese 7 m lange selbstfahrende Maschine erreichte eine Geschwindigkeit von 4 km/h, bei einer durchschnittlichen Autonomie von 15 Minuten. 250 Jahre später berichten Forscher des Nara Institute of Science and Technology (NAIST), Japan, in Zusammenarbeit mit Kollegen der University Paul Sabatier (Toulouse, Frankreich) in Chemistry - A European Journal über eine neue Familie von Nanoautos, die einen Dipol integrieren, um ihre Bewegung in der Nanowelt zu beschleunigen.

Nach dem ersten Nanoauto-Rennen, das im Frühjahr 2017 in Toulouse (Frankreich) organisiert wurde, entwarfen sie eine neue Familie von Molekülen, die sich in der Nanowelt wie Autos verhalten sollen. Als das Labor in NAIST im April 2018 eingerichtet wurde, begannen Toshio Nishino (Assistenzprofessor) und Hiroki Takeuchi (Masterstudent) mit der Synthese. Zwei Jahre später berichten sie über die Ergebnisse in einer Publikation, die die Synthese von 9 dipolaren Nanoautos vorstellt. Das Ergebnis ist erstaunlich. In jedem Kolben kleben etwa 100 mg grünes oder blaues Pulver (d.h. 60 x^₁₀18 Nanocars) an den Wänden. Das sind die französisch-japanischen Rennwagen, die weise in der Garage schlafen und auf den nächsten Grand Prix im Jahr 2021 warten.

"Um zu hoffen, das Rennen zu gewinnen, müssen Nanoautos schnell, aber auch beherrschbar sein", betont Gwénaël Rapenne. Beim Design der Moleküle wurde lange Zeit angenommen, dass ein Kompromiss zwischen gegensätzlichen Anforderungen notwendig sei. Konsequenterweise besteht das von Rapenne und seinen Kollegen entworfene Nanoauto aus 150 Atomen (chemische Formel C₈₅H₅₉N₅Zn). Ein planares Chassis aus Porphyrin, einem Fragment, das in der Natur bereits für viele Prozesse wie Sauerstofftransport (Hämoglobin) oder Photosynthese (Chlorophyl) verwendet wird. Letztendlich könnte das Vorhandensein eines Zinkatoms den Transport von kleinen Molekülen auf der Karosserie ermöglichen. "Das Nanoauto ist 2 nm lang und von vier Rädern umgeben, die so konstruiert sind, dass sie den Kontakt mit dem Boden minimieren, und hat zwei Beine, die in der Lage sind, Elektronen zu spenden oder aufzunehmen, wodurch das Nanoauto dipolar wird", präzisiert der Forscher.

Welche Art von Anwendung könnte man sich mit solch kleinen Fahrzeugen vorstellen?

"Ehrlich gesagt, wissen wir heute noch nicht, wofür diese Technologie eingesetzt werden soll. Aber genau wie die 1910 entdeckten Flüssigkristalle, die erst ein halbes Jahrhundert später in den Bildschirmen von Taschenrechnern und heute in allen unseren LCD-Trägern verwendet werden, könnte die Manipulation von Molekülen durchaus revolutionär sein", träumt Gwénaël Rapenne. Eine der Forschungsrichtungen könnte darin bestehen, eine Last zu tragen, um Reaktanten oder Medikamente von einem Ort zum anderen zu transportieren.

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Originalveröffentlichung

Toshio Nishino, Colin J. Martin, Hiroki Takeuchi, Florence Lim, Kazuma Yasuhara, Yohan Gisbert, Seifallah Abid, Nathalie Saffon-Merceron, Claire Kammerer, Gwénaël Rapenne; "A dipolar nanocar based on a porphyrin backbone"; Journal: Chemistry - A European Journal; 2020

https://www.chemie.de/news/1166751/eine-neue-familie-von-nanoautos-steht-bereit-fuer-den-naechsten-nano-grand-prix.html