Nanoröhrchen sollen mit elektrischen Ladungen einzelne Moleküle transportieren

Simulation einer Nano-Wasserpumpe

Shanghai - Auf den milliardstel Teil eines Milliliters genau können heute Dosierpumpen Flüssigkeiten transportieren. Damit sind chemische Analysen auf Lab-on-Chip-Modulen mit extrem geringen Probemengen möglich. An die Grenzen der Präzision wollen nun chinesische und britische Forscher vorstoßen, die sich eine Pumpe für einzelne Wassermoleküle ausgedacht haben. Über ihre Idee berichten sie in der Fachzeitschrift "Nature Nanotechnology".

Mit aufwändigen Berechnungen simulierten Haiping Fang und seine Kollegen vom Shanghai Institute of Applied Physics den Transport von Wassermolekülen durch ein kurzes, einwandiges Nanoröhrchen aus Kohlenstoff. Die Ergebnisse zeigten, dass sich elektrische Ladungen auf der Außenseite des Röhrchens auf das Dipolmoment der neutralen Wassermolekül auswirken. Dabei treten Kräfte zwischen 300 und 530 Piconewton auf. Theoretisch ließe sich damit eine Pumpleistung von etwa drei Molekülen pro Nanosekunde erreichen. Dieser Wert bewegt sich in der gleichen Größenordnung wie bei Ionenkanälen in Zellmembranen, die den Forschern als Vorbild dienten.

Mit einer Wasserpumpe für einzelne Moleküle könnten chemische Prozesse mit einer bisher unerreichten Genauigkeit durchgeführt werden. Die Forscher können sich weitere Anwendungen für eine effektive Trinkwasserentsalzung, in hochempfindlichen Sensoren oder für eine extrem genaue Dosierung von Wirkstoffen vorstellen. Doch bevor dies tatsächlich möglich werden könnte, muss erstmal die grundlegende Idee einer Nanoröhrchen-Pumpe experimentell umgesetzt werden.