Pasteursches Trennungsexperiment erstmals im Nanobereich gelungen

150 Jahre nach dem bahnbrechenden Pasteurschen Experiment zur Trennung von Weinsäure-Kristallen ist Physikern der Universität Lausanne und der RWTH Aachen mit dem Rastertunnelmiskroskop erstmals eine kontrollierte Trennung von Molekülgemischen auf molekularer Ebene gelungen.

Als Pasteur vor 150 Jahren die Salze der Weinsäure mit der Lupe betrachtete, machte er eine ungewöhnliche Entdeckung. Er konnte zwei verschiedene Strukturen unterscheiden, die er mit der Pinzette voneinander trennte. Nun stellte sich heraus, daß die eine Kristallsorte das Licht links herum drehte, die andere rechts herum.
Ursache dafür ist, daß Weinsäure aus zwei zueinander spiegelbildlichen Molekülen besteht. Das Rastertunnelmikroskop (RTM) ermöglicht heute die Beobachtung molekularer Strukturen mit einer Auflösung unterhalb des Nanometer-Bereichs. Pasteurs Lupe für einzelne Moleküle ist im Prinzip da; die Pinzette fehlte bisher. Der Arbeitsgruppe um die Physiker Richard Berndt und Wolf-Dieter Schneider gelang es jetzt, spiegelbildliche Molekülstrukturen (Enantiomere) auf submolekularer Ebene zu unterscheiden und auch voneinander zu trennen.

"Pinzetten" dieser Art sind für die sich rasant entwickelnde Nanochemie von größter Bedeutung. Denn nicht nur aufgrund ihrer Wechselwirkung mit Licht, sondern auch in Bezug auf ihre pharmakologische Wirkung ist es in vielen Anwendungsbereichen notwendig, spiegelbildliche Molekülstrukturen voneinander zu trennen.

Zum Verlauf des "Pasteur"-Experiments: Wenn gasförmiges Nitronaphthalin auf eine saubere, glatte Goldoberfläche gelangt, ordnen sich die Moleküle von selbst zu Agglomeraten von jeweils zehn Molekülen (Dekameren) an. Mit zwei Molekülen im Zentrum, die kranzförmig von den übrigen acht umgeben sind, sehen sie aus wie kleine Windrädchen. Sie haben einen Durchmesser von weniger als dem milliardsten Teil eines Meters. Unter dem RTM betrachtet weisen die Dekamere, ähnlich den Pasteurschen Kristallen, zwei verschiedene Formen auf: Die Strukturen der "Windrädchen" verhalten sich zueinander wie Bild und Spiegelbild. Eine Sorte besteht überwiegend aus Molekülen vom Typ L (im Verhältnis 8:2), die andere überwiegend aus dem Typ R.

Der Arbeitsgruppe um die Physiker Richard Berndt und Wolf-Dieter Schneider gelang es nun, die spiegelbildlichen Molekülstrukturen voneinander zu trennen, indem sie die Mikroskopspitze der Probe so weit annäherten, bis deren Anziehungskraft dazu ausreichte, einzelne Dekamere zu bewegen. Auf diese Weise konnten die "Windrädchen" über die Oberfläche verschoben werden, ohne daß sich ihre Struktur veränderte. Die Forscher legten die Dekamere so ab, daß die R-Enantiomere auf ihrer Probe rechts oben versammelt waren, die L-Moleküle dagegen rechts unten. Die beeindruckenden Fotos des Geschehens unter dem Rastertunnelmikroskop beweisen es: Pasteurs Experiment funktioniert auch in der Nanowelt.

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