Zeitung Heute : Das Nähkästchen der Molekülforscher

Der Tagesspiegel

Von Frank Schubert

Mit einer winzigen Nadel schiebt der Forscher das Molekül auf seinem Präpariertisch zurecht. Vorsichtig legt er ein zweites hinzu und platziert die beiden Molekülenden nebeneinander, so dass sie sich berü hren. Nun gibt er einen UV-Laser auf die Kontaktstelle, an der später einige Atome miteinander reagieren – die Moleküle sind verschweißt.

Die futuristisch anmutende Szene ist Alltag für die Polymerforscher der FU Berlin. Unter Leitung von Arnulf Dieter Schlüter, sind Wissenschaftler am Institut für Chemie seit Jahren dabei, einzelne Moleküle miteinander reagieren zu lassen. Die Moleküle, mit denen sie dabei arbeiten – Makromoleküle oder Polymere – sind relativ groß, nämlich bis zu 250 Nanometer lang. Ein Nanometer ist der millionste Teil eines Millimeters.

„Am besten lassen sich solche Moleküle auf glatten Oberflächen beobachten und beeinflussen", sagt Schlüter. Glatt heißt dabei: absolut glatt oder „atomglatt", wie Schlüter sich ausdrückt – die Oberfläche darf nicht die winzigste Unebenheit aufweisen. Eine so perfekte Arbeitsfläche erhalten die Forscher um Schlüter mit erstaunlich simplen Methoden: sie kleben Tesafilm auf eine Graphit-Oberfläche und reißen ihn wieder ab – fertig ist der Molekül-Präpariertisch.

Auf dieser Fläche können sie die Moleküle wie kleine Stückchen Zwirn hin- und herschieben und nebeneinander legen. Dazu verwenden sie eine mikroskopisch kleine „Präpariernadel", genauer: die Atomspitze eines Atomkraftmikroskops (AFM). Sie ist so spitz, dass sich an ihrem Ende nur ein einziges Atom befindet – spitzer geht es nicht.

Ein Atomkraftmikroskop funktioniert ähnlich wie ein Scanner: Die Atomspitze wird mit Hilfe eines beweglichen Armes über die zu untersuchende Oberfläche geführt, wobei sie auf ihr „entlangschabt". Winzige Unebenheiten der Oberfläche heben die Spitze ein Stückchen an, wenn sie darübergleitet. Diese Auslenkung wird von einer Messapparatur aufgezeichnet und gespeichert. Fährt man die Oberflä che nun zeilenweise mit der Spitze ab, erhält man ein Höhenprofil. Es sind aber auch Gegenstände erkennbar, die auf der Oberfläche liegen – unter anderem Moleküle.

Die Forscher nutzen das Kraftmikroskop aber nicht nur zur Untersuchung der Makromoleküle. Sie können die großen Moleküle auch auf der Graphit-Oberfläche hin und her bewegen. Dazu drücken sie mit der Atomspitze nur etwas fester auf. Ähnlich wie man mit einem Kugelschreiber ein Stück Schnur auf einem Tisch bewegen kann, schieben sie die Moleküle auf dem Präpariertisch zurecht, bis sie schließlich eine „u-förmige" Gestalt haben. Kürzlich gelang es, ein DNS-Molekül abzutasten und sichtbar zu machen. DNS-Moleküle befinden sich im Inneren von biologischen Zellen und sind Träger der genetischen Erbinformation.

Um das DNS-Molekül untersuchen zu können, mussten die Forscher es jedoch um ein anderes Makromolekül - ein hochverzweigtes Gebilde namens Dendron - wickeln. „Mit diesem Experiment schafften wir es erstmals, einen Komplex aus einem DNS- und einem Dendronmolekül herzustellen und dies dann mikroskopisch zu untersuchen", sagt Schlüter.

Die gewonnenen Erkenntnisse sind biologisch bedeutsam, denn auch in biologischen Zellen wickeln sich DNS-Moleküle um andere Moleküle. Dort sind es jedoch keine Dendrone, um die sich die DNS-Fäden schlingen, sondern Histone – kleine Proteinmoleküle im Zellkern. Mit Schlüters Methode gelingen also Einblicke in den komplizierten Prozess, wie biologische Zellen die riesigen, teilweise bis zu einen Meter langen DNS-Moleküle in ihren winzigen Zellkernen unterbringen können.

Und wozu dient die Arbeit? Interessante Objekte dieser Grundlagenforschung sind zum Beispiel superabsorbierende Polymere (SAP). Diese Kunststoffe können bis zum 1000fachen ihrer Masse an Wasser aufnehmen. Die FU-Chemikerin Angela Köhler-Krützfeld demonstriert die Wasseraufnahmefähigkeit der SAP, indem sie einen Teelöffel voll Polymerpulver in ein Glas gibt und Wasser einfüllt. Das Polymer nimmt das gesamte Wasser auf – beim Umdrehen des Glases fließt kein Tropfen heraus.

Die Absorptionskünstler werden bereits häufig eingesetzt. Sie finden sich unter anderem in Hygieneartikeln wie Windeln oder Damenbinden. In Unterseekabeln verhindern sie, dass eindringendes Wasser sich im gesamten Strang verbreiten kann. In trockenen Gebieten wie Ägypten oder Israel laufen derzeit Tests, bei denen die Polymere in den Boden eingebracht werden. Dort sollen sie Wasser aufnehmen und lange Zeit speichern und so den Boden nachhaltig befeuchten. Die Testergebnisse seien bisher vielversprechend, sagt Köhler-Krützfeld, so dass über eine Erweiterung des Projekts nachgedacht wierde.

Wassergetränkte SAP werden auch von der Feuerwehr zur Brandbekämpfung eingesetzt. Sie sind viel effektiver als Löschwasser und können auch vorbeugend gegen Brände eingesetzt werden. Die Feuer-Resistenz fiel auf, als in einem ausgebrannten Haus eine feuchte Windel als einziger unversehrter Gegenstand gefunden wurde.

Mehr im Internet unter:

www.polymerscience.de oder www.chemie.fu-berlin.de/ag/schlueter

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