Stabilität mit der Kraft des Geckos

Foto: Gecko

Der Gecko macht es vor: Ohne Saugnäpfe, nur mit unzähligen winzigen Härchen an seinen Füßen kann er an spiegelglatten Oberflächen haften. Möglich machen dies die sogenannten van-der-Waals-Kräfte, die unter dem Grundsatz „Stoffe ziehen sich immer an“ für das Zusammenhalten von Gasen und anderen Stoffen sorgen. Diese „Dispersionswechselwirkungen“ sind aber einzeln genommen schwach und lassen sich deshalb nur schlecht direkt bei chemischen Verbindungen berücksichtigen. Erstmals wurde jetzt aber nachgewiesen, dass die van-der-Waals-Kräfte sogar extrem lange (und deshalb eigentlich schwache) Bindungen zwischen Kohlenstoffmolekülen stabilisieren können.

Diese Ergebnisse der Forscher unter der Leitung von Professor Peter R. Schreiner haben Bedeutung für die molekulare Erkennung, die Enzymkatalyse, neue Materialien und für das gezielte Design neuer chemischer Strukturen, die bis dato unerreichbar schienen – wie zum Beispiel Materialien, die auch ohne Klebstoff zusammengehalten werden. Denkbar wären Anwendungen in der Nanotechnologie, aber auch in der Medizin. Derzeit sucht die Wissenschaft bereits nach Möglichkeiten, die Gecko-Kräfte für den Menschen nutzbar zu machen. So ist beispielsweise ein „Gecko-Tape“ in der Entwicklung, das wie ein Klebeband funktioniert.

Die Wissenschaftler beschreiben, dass vermeintlich instabile Moleküle durch Dispersionskräfte äußert stabil werden können. Dazu benutzen die Chemiker sogenannte „Nanodiamanten“, also diamantartige Moleküle von der Größe weniger Nanometer, die aus Rohöl in großen Mengen zugänglich sind. Da perfekte Nanodiamanten extrem glatt und flach sind, bestand die Idee darin, zwei Nanodiamanten miteinander zu verknüpfen, um die Dispersionskräfte zwischen ihren Oberflächen maximal auszunutzen.

Diese Moleküle ließen sich unerwartet leicht herstellen und strukturell sehr genau charakterisieren. Die Hoffnungen auf lange Bindungen zwischen den Nanodiamant-Bausteinen wurden übertroffen: Das größte Molekül weist eine C–C-Einfachbindung jenseits der Grenze von 170 Pikometern (ein Pikometer ist der billionste Teil eines Meters) auf. Dies ist die längste jemals in einem gesättigten Kohlenwasserstoff gefundene C–C Bindung. Trotzdem sind diese Verbindungen äußerst stabil. Sie zersetzen sich erst nach mehrstündiger Erwärmung auf über 250 Grad Celsius.

COMPAMED.de; Quelle: Justus-Liebig-Universität Giessen