Selbstorganisation in natürlichen und in nichtnatürlichen Systemen

Abstract

Zwar steht der Entwicklung von nanometergroßen Strukturen prinzipiell nichts im Wege, doch setzt sich immer mehr die Auffassung durch, daß sich Strukturminiaturisierungen unter die gegenwärtig durch lithographische Techniken erreichbare 1‐μ‐Grenze als nicht mehr praktikabel erweisen werden. Es wurde daher deutlich, daß nur durch ein grundlegendes Verständnis der Selbstorganisation von funktionellen makroskopischen biologischen Strukturen mit Abmessungen im Nanometerbereich und sogar darunter (Verkleinerungsansatz) und durch die Erweiterung unseres Wissens über die chemische Synthese von mikroskopischen Strukturen (Vergrößerungsansatz) die Brücke zwischen Anspruch und Wirklichkeit bei Nanosystemen geschlagen werden kann. Die Konstruktion von Nanostrukturen und ‐systemen aus kleinen Molekülbausteinen ist das „engineering‐up”︁ zum Aufbau von molekularen Funktionseinheiten. Bedeutende Fortschritte können auf dem Gebiet der Nanowissenschaften erzielt werden, wenn die Konzepte, die in der Biologie gefunden wurden, auf die Chemie übertragen werden. Im Zentrum dieser Aufgabe steht die Entwicklung von einfachen chemischen Systemen, die sich selbst durch gegenseitige Erkennung zu größeren Molekülaggregaten organisieren können. Die genaue Programmierung derartiger Erkennungsprozesse und somit auch der korrekte Aufbau der Überstrukturen setzen ein fundamentales Verständnis und die Nutzung inter‐ sowie intramolekularer nichtkovalenter bindender Wechselwirkungen voraus. Die supramolekulare Chemie – eine Chemie, die in jeder Hinsicht über die Chemie der Moleküle hinausgeht – hat begonnen, den großen Graben zwischen molekularen und makromolekularen Strukturen zu schließen. Durch Nutzung von so unterschiedlichen Wechselwirkungen wie aromatischen π‐Stapel‐ und Metall‐Ligand‐Koordinationswechselwirkungen als Informationsquellen der Aufbauprozesse haben Chemiker in den letzten zehn Jahren biologische Konzepte wie die Selbstorganisation zur Konstruktion von Nanostrukturen und Überstrukturen mit einer Vielzahl von Formen und Funktionen herangezogen. Wir wollen hier einen Eindruck davon vermitteln, wie die Selbstorganisation in natürlichen Systemen funktioniert und wie diese Prinzipien nutzbringend auf nichtnatürliche Systeme angewendet werden können.