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„Man muss sich eine kindliche Neugier bewahren“

Moleküle, die sich gezielt steuern lassen, ermöglichen völlig neue Materialien und Anwendungen in der Medizin. Daran arbeiten Forschende im Sonderforschungsbereich (SFB) 677 „Funktion durch Schalten“. In diesem Jahr endet der Forschungsverbund. „unizeit" sprach mit SFB-Sprecher Professor Rainer Herges.

Rainer Herges
© Uni Kiel

Sprecher Rainer Herges begrüßte im Sommer zur Abschlusstagung des SFB im Plöner Schloss.

In molekularen Maschinen, wie sie im SFB erforscht wurden, steckt riesiges Potenzial. 2016 wurde auf diesem Forschungsgebiet sogar der Chemie-Nobelpreis vergeben. Warum ist dieses Thema so spannend?

Rainer Herges: Schalter sind der elementare Schritt in ingenieurtechnischen Maschinen wie Motoren, Pumpen oder Sensoren. Ihre Miniaturisierung hat in der Vergangenheit zu einer höheren Effizienz geführt, zum Beispiel in der Mikroelektronik. Das Limit der Miniaturisierung sind molekulare Schalter, mit denen man komplexe Funktionen auf Nanoebene verwirklichen kann. Das finde ich persönlich so interessant an Chemie: Man kann seine eigene molekulare Welt erschaffen.

Der SFB hat international sehr beachtete Ergebnisse erzielt – was sind aus Ihrer Sicht die wichtigsten?

Es ist schwierig, hier einzelne hervorzuheben. Aber wir haben zum Beispiel die ersten Moleküle hergestellt, die sich bei Raumtemperatur zwischen zwei magnetischen Zuständen hin- und herschalten lassen. In einem anderen Projekt haben wir eine neue Form von Katalyse entdeckt: einen Effekt, der die Reaktionsgeschwindigkeit von Molekülen um drei Größenordnungen beschleunigt. Richtig eingesetzt, könnte man damit Reaktionen katalysieren und auch fernsteuern. Weitere, mindestens ebenso wichtige Entdeckungen, wurden in anderen Bereichen der Grundlagenforschung gemacht.

Was waren die größten Herausforderungen?

Für konkrete Anwendungen muss ein Schalter bestimmte Eigenschaften erfüllen und maßgeschneidert hergestellt werden. Bestimmte Moleküle zu konstruieren – in der Chemie nennen wir das Synthese – kann man sich so vorstellen: Man hat vier Quadrillionen Räder und eine Quadrillion Karosserien. Die gibt man in eine große Box, schüttelt sie und dann bauen sich von allein Autos zusammen. Man muss die einzelnen Komponenten also schon so vorbereiten, dass sie sich beim „Schütteln“ – also beim Erwärmen oder Belichten im Labor – selbstständig finden und wissen, was sie zu tun haben. Das klappt selten auf Anhieb.

Das klingt, als brauche man sehr viel Ausdauer.

Und Frustrationstoleranz – das ist ein Wesensmerkmal von Chemikern (lacht). Spaß ist deshalb eine unbedingte Voraussetzung, damit man auch Fehlschläge wegsteckt. Als Wissenschaftler muss man sich eine kindliche Neugier bewahren. Als Kind habe ich zum Beispiel meine Eisenbahn auseinandergebaut, statt mit ihr zu spielen, weil ich wissen wollte, wie sie funktioniert.

Im SFB haben über 100 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Chemie, Physik, Materialwissenschaft und Medizin zusammengearbeitet – wie wichtig ist diese Interdisziplinarität?

Für ein so anspruchsvolles Projekt braucht man die Expertise anderer Fachrichtungen. Die Chemie bringt zum Beispiel eine eher ingenieurtechnische Komponente ein, die Physik führt Phänomene gern auf grundlegende Prinzipien zurück. Die Symbiose daraus ist sehr fruchtbar.

Neben der Grundlagenforschung spielt in Ihrem Verbund auch die Anwendung eine Rolle – wo können wir schaltbaren Molekülen im Alltag begegnen?

Wir können Teilchen jetzt berührungslos mit Licht bewegen, auch in Lösungen. Zum Beispiel als schaltbares Kontrastmittel, das sich gezielt im Körper aktivieren lässt. Damit lassen sich im MRT Temperaturen im tiefen Gewebe messen oder Wärmequellen in der Materialwissenschaft. Bis das in der Medizin eingesetzt wird, dauert es aber noch. Außerdem haben sich aus dem SFB zwei Start-Ups ergeben, unter anderem zu einer speziellen Lichttechnik für wissenschaftliche Experimente.

SFBs gelten als Aushängeschild für Spitzenforschung – was hat eine Uni davon?

Kollaboration ist natürlich auch ohne SFBs möglich, aber sie erleichtern vieles. Im nationalen und internationalen Wettbewerb wird dieses Förderinstrument eher noch wichtiger werden. Unter anderem tragen sie zur strukturellen Weiterentwicklung von Unis bei. Seit 2013 haben wir an der CAU mit KiNSIS einen neuen Forschungsschwerpunkt in den Nanowissenschaften. In gewisser Weise war die interdisziplinäre Zusammenarbeit im SFB die Keimzelle dafür.

Auch wenn die Finanzierung nach der Förderhöchstdauer jetzt endet, sind bestimmt noch nicht alle Fragen beantwortet. Wie geht es also weiter?

Forschungsthemen wandeln sich über so einen langen Zeitraum. Wir sind vor zwölf Jahren als mit die Ersten in ein Gebiet eingestiegen, das damals noch nicht so bekannt war. In Planung sind weitere Einzelprojekte und kleine Forschungsverbünde, die sich aus dem SFB ergeben haben.

Wie gründet man überhaupt einen SFB?

Bei einem Sommerfest der Fakultät haben wir uns über unsere Arbeit ausgetauscht und eine große Schnittmenge festgestellt. In den folgenden Monaten sind immer mehr Interessierte dazugekommen. Es war ein von großer Eigendynamik getriebener Prozess. Gute Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, die auch andere begeistern können, das ist das Allerwichtigste.

Das Interview führte Julia Siekmann

Anspruchsvolle Forschungsvorhaben

Sonderforschungsbereiche sind auf maximal zwölf Jahren angelegte, fächerübergreifende Forschungsverbünde. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft finanziert damit innovative, anspruchsvolle und aufwendige Vorhaben von hoher wissenschaftlicher Qualität und internationalem Niveau. Der Kieler SFB 677 wurde von 2007 bis 2019 mit insgesamt knapp 30 Millionen Euro gefördert. jus

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