Moleküle, die sich verhalten wie Bild und Spiegelbild, haben besondere Eigenschaften, die unter anderem in der Lasertechnik nützlich sind. Jetzt hat eine internationale Forschergruppe überraschend eine solche Chiralität in einer Flüssigkeit entdeckt, die aus nicht-chiralen Molekülen besteht. Diese bananenförmigen Moleküle könnten, wie die Forscher in „Science“ beschreiben, möglicherweise Ansatzpunkt für optische Computer oder 3-D-Fernsehen werden.
Unsere Hände verhalten sich zueinander wie Bild und Spiegelbild. Trotz ihrer Ähnlichkeit lassen sie sich nicht zur Deckung bringen. Diese Konstellation nennt man Chiralität – ein wichtiges Grundprinzip der Natur. Gegenstände können chiral sein, auch einzelne Moleküle. Chiralität macht man sich heutzutage bereits häufig zunutze: Sie ist entscheidend für Lichtpolarisatoren, die Lasertechnik, aber auch für die Wirkung von Arzneimitteln. Jetzt hat eine internationale Forschergruppe etwas Ungewöhnliches gefunden: die Chiralität einer Flüssigkeit, die aus nicht-chiralen Molekülen besteht.
„Bananen“ mit überraschend starker Chiralität
Carsten Tschierske, Chemie-Professor an der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) interessiert sich unter anderem für Flüssigkristalle, wie man sie heute in Laptop- und Handy-Displays findet. Besonders die Suche nach neuen Formen von Flüssigkristallen hat es ihm angetan. Er forscht intensiv an den Eigenschaften so genannter „bent-core-Moleküle“ – bananenförmiger Flüssigkristalle. Dabei machte er nun gemeinsam mit Kollegen anderer Universitäten eine überraschende Entdeckung:
„Wir haben aus solchen Molekülen flüssige Substanzen hergestellt, die ausgedehnte chirale Domänen entgegengesetzter Händigkeit bilden“, erklärt der Chemiker. Dies Bereiche erstreckten sich über Mikro- und Millimeter und damit über größere Bereiche als bisher bekannt. „Die Chiralität dieser Bereiche ist dabei stärker als die größte jemals bei chiralen Molekülen gefundene. Unsere Kooperationspartner in den USA konnten diese Domänen mittels Elektronenmikroskopie erstmals detailliert untersuchen und die Ursachen für dieses Phänomen aufklären“, so Tschierske.
Molekulare Kartoffelchips
Entscheidend sei dafür die Organisation der Moleküle. „Sie liegen in einer geordneten Struktur vor, ihre einzelnen Schichten sind dabei deformiert wie Kartoffelchips“, so Tschierske. Der Effekt an sich ist nicht neu: „Nicht-chirale Moleküle, die sich im Raum so organisieren können, dass Chiralität entsteht, sind bei kristallinen Festkörpern bekannt. Ein gutes Beispiel dafür ist Quarz. Aber der gleiche Effekt in einer Flüssigkeit? Das ist etwas Besonderes.“
„Unsere Erkenntnis widerspricht den bisherigen Erfahrungen, könnte aber von großer Bedeutung sein“, erklärt Tschierske. Gedanken über mögliche Anwendungen für die neue, soeben in „Science“ publizierte Erkenntnis in Sachen Chiralität in Flüssigkeiten hält der Forscher eher für spekulativ. „Wir betreiben Grundlagenforschung, bauen neue Moleküle, um zu sehen: Wie organisieren sie sich?“, beschreibt der Forscher die Arbeit seines Teams.
Anwendung bei optischen Computern oder 3D-Fernsehen
Einige Beispiele kann er aber dennoch nennen: „Wenn man die Chiralität in diesen Flüssigkeiten schalten, sozusagen Links- in Rechtshändigkeit ändern könnte, dann wäre dies von Interesse für Informationsübertragung, optische Computer oder 3-D-Fernsehen.“
(Universität Halle-Wittenberg, 07.08.2009 – NPO)
