Aus knapp 200 Atomen haben Forscher ein winziges Band mit acht Überkreuzungen geschaffen; es soll der engste jemals gewobene Knoten sein. So könne man leichte, harte und gleichzeitig flexible Materialien herstellen.

Britische Chemiker haben einen Knoten im Nanoformat geschaffen. Das 20 Nanometer (Millionstel Millimeter) kurze Molekül besteht aus 192 Atomen und hat acht Überkreuzungen, wie David Leigh von der Universität Manchester und seine Kollegen in der Fachzeitschrift "Science" berichten. Der Knoten sei "das komplexeste regelmäßig gewobene Molekül, das bisher von Wissenschaftlern hergestellt wurde", wird Leigh in einer Mitteilung seiner Universität zitiert.

Die Forscher sind zuversichtlich, dass das Verknoten langer kohlenstoffbasierter Molekülketten zur Entwicklung neuer Materialien führt, da das Knoten dem Weben ähnlich sei: "Das Verweben von Polymersträngen hat das Potenzial, viel härtere, leichtere und flexiblere Materialien in der gleichen Weise herzustellen, wie es durch das Verweben von Fäden in unserer Alltagswelt geschieht", sagt Leigh. Er verweist darauf, dass Polymere wie Spinnenseide doppelt so stabil wie Stahl sein können.

Der bei dem neuen Verfahren verwendete Polymerstrang besteht großenteils aus Pyridin, einem ringförmigen Molekül aus Kohlenstoff, Wasserstoff und Stickstoff (Summenformel: C5H5N) sowie aus weiteren organischen Bestandteilen. Zunächst bauen die Chemiker in mehreren chemischen Reaktionen in einer Lösung vier einzelne Stränge zusammen. Durch das Hinzufügen von Eisen(II)-chlorid entsteht eine Art Baugerüst, an das die Polymerstränge in einer bestimmten Weise binden. Jedes Eisenatom ist schließlich an drei verschiedene Strangteilstücke gebunden, nämlich an den Überkreuzungsstellen. Das Eisen sorgt auch im Wesentlichen für die räumliche Struktur des Moleküls.

Komplexer, in sich geschlossener molekularer Knoten

In weiteren Schritten werden die losen Enden der Teilstränge miteinander verknüpft und die Eisenatome entfernt. Das Ergebnis ist ein komplexer, in sich geschlossener molekularer Knoten.

Bei der Analyse des Moleküls mittels bildgebender Verfahren stellten die Forscher fest, dass es zwei spiegelbildliche Formen (Enantiomere) davon gibt. Das könne bei späteren Anwendungen eine Rolle spielen. Als Fazit schreiben die Wissenschaftler: "Die Enge der durch diesen Syntheseweg möglichen Verknotung kann sich als nützlich erweisen, wenn es um die Anwendung von Verknotungen in molekularen Werkzeugen und Materialien geht."