Die Natur kann es wunderbar ohne äußere Hilfe – eigenständig komplexe Strukturen aufbauen wie Knochen, Opale oder den symmetrischen Kohlkopf Romanesco. Ähnliches schwebt Forschern für unterschiedliche Materialien vor: Einzelne Bausteine sollen programmierbar werden, so dass sie sich selbstständig zu vorgegebenen Strukturen zusammenlagern. So könnten ohne Energieaufwand und ohne teuren Maschinenpark auch komplizierte Gebilde völlig von selbst entstehen. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft fördert dazu nun eine Emmy-Noether-Nachwuchsgruppe an der Universität Duisburg-Essen (UDE) mit 1,3 Millionen Euro.

Das große Ziel von Juniorprofessor Dr. André Gröschel ist es, irgendwann einmal alle Arten von Nano-Bausteinen für die Selbstorganisation kombinieren zu können: polymere, biologische, metallische. Doch zunächst konzentriert sich der 35-Jährige auf Polymer-Nanopartikel, also kleinste Kunststoffteilchen. Mittelfristig sollen diese sich selbstständig zur regelmäßigen Struktur eines Diamantgitters formen. Ziel ist es dabei, optische Halbleiter zu erhalten, die für genau eine Lichtwellenlänge nicht leitend sind. Für die optische Informationsverarbeitung und Lichtleitung könnten so neue Komponenten entwickelt werden, die vor allem für schnellere optische Computer interessant sind.

Mit Partikeln in der Größenordnung von Mikrometern klappt die Selbstassemblierung grundsätzlich schon recht gut, Gröschel jedoch arbeitet mit Bausteinen zwischen 10 und 100 Nanometern Größe. Er erläutert die Herausforderung in diesem Nanolego: „Zunächst müssen wir neue Konzepte entwickeln, um auf wenigen Nanometern Fläche gezielt Wechselwirkungen nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip zu ermöglichen. Dabei müssen die Kräfte so eingestellt werden, dass sie in diesen winzigen Dimensionen nicht über das eigentliche Zielobjekt hinaus ungewollt auch alle Nachbarn beeinflussen.“

Um diese Abläufe zu verstehen und anschließend lenken zu können, will er den Aufbau der Strukturen mit hochauflösenden Mikroskopen künftig live beobachten. Die Technik dazu bringt er mit ins NanoEnergieTechnikZentrum (NETZ), in das er mit seiner Arbeitsgruppe im Oktober einzieht.

Gröschels Arbeitsgruppe wird bis 2022 mit insgesamt 1,3 Millionen Euro gefördert. Der Chemiker aus Pegnitz in Franken ist seit 2016 als Juniorprofessor an der UDE, zuvor forschte er drei Jahre lang an der Aalto-Universität in Helsinki (Finnland). Studiert und in Makromolekularer Chemie promoviert hat er in Bayreuth.