Molekulare Bienenwaben für effiziente Nanofabriken

Für die Massenproduktion von nanostrukturierten Katalysatoren, Sensoren oder Diagnose-Hilfen nutzen britische Physiker geschickt die Selbstordnungskräfte von Molekülen aus

St Andrews (Großbritannien) - Nanostrukturen begeistern mit bahnbrechenden Eigenschaften und sollen zu effizienteren Katalysatoren oder empfindlichen Sensoren führen. Doch für die Serienfertigung fehlt es noch an geeigneten Produktionsprozessen. Um Atome und Moleküle nicht mehr mühsam einzeln anordnen zu müssen, entwickelten britische Wissenschaftler eine Methode, die elegant die Selbstordnungskräfte der Nanometer kleinen Partikel ausnutzt. Wie sie in der Zeitschrift "Nature" berichten, könnte diese Entwicklung zu einer günstigen Massenproduktion von maßgeschneiderten und stabilen Nanostrukturen auf Oberflächen führen.

"Wir konnten zeigen, dass sich zwei Strategien kombinieren lassen, um integrierte Netzwerke zu erzeugen, die stabil genug sind für eine weitere Bearbeitung", schreiben Manfred Buck und seine Kollegen von der School of Chemistry der University of St Andrews. Zuerst verteilten sie auf einer hochreinen Gold-Oberfläche zwei Arten organischer Moleküle (Melamin und Perylentetracarboxyldiimid). Ganz von selbst verknüpften sich diese über Wasserstoffbrücken zu wabenförmigen Nanoporen. Über eine weite Fläche entstand binnen weniger Sekunden symmetrische Hexagonal-Strukturen, bei der jede Poren nur einen Bruchteil eines Nanometers von der Nachbarpore entfernt liegt.

In einem zweiten Schritt füllte Buck diese Nanoporen mit schwelfelhaltigen Molekülen, den so genannten Thiol-Verbindungen. Ohne das ursprüngliche Wabennetzwerk zu zerstören, lagerten sich diese Moleküle exakt in den Leerräumen der Poren ab. Auch hier wirkte sich die Selbstorganisation der Moleküle aus, so dass eine Beschichtung entstand, die nur ein Molekül dick war. Im Unterschied zu allen bisherigen Ansätzen zur Ausnutzung der Selbstorganisation nutzten Buck und Kollegen mit den Thiolen eine Molekülklasse, die für eine weitere Bearbeitung der Nanostrukturen geeignet ist. An den Thiolen können einerseits spezifische Biomoleküle angedockt werden, wodurch prinzipiell empfindliche Sensorbereiche für die medizinische Diagnostik produziert werden können. Andererseits zeigte Bucks Arbeitsgruppe, dass das Nanonetzwerk stabil genug ist, um auf dieses gezielt Kupfer-Ionen deponieren zu können.

Michael Grunze von der Universität Heidelberg ist von der großen Bedeutung dieses Ergebnisses überzeugt. Es handele sich um ein Basisrezept, das zu zahlreichen neuen Anwendungen für funktionelle Oberflächen führen könnte. Gelingt der Weg aus dem Labor in die Produktion, könnten nanostrukturierte Oberflächen schon bald zu günstigen Preisen in der chemischen Industrie oder der Medizin-Diagnistik eingesetzt werden.