Chemie-Nobelpreis: Käfige für Moleküle
Ob als Helfer bei der Wasserreinigung, als Fänger für Kohlendioxid aus der Luft oder als Elektrodenmaterial in Batterien: Die hochporösen Käfigmoleküle der metallorganischen Gerüstverbindungen sind ebenso vielseitig wie praktisch einsetzbar. Denn je nachdem, welche Metallionen und organischen "Stützstreben" diese Materialien bilden, speichern und binden sie selektiv verschiedenste Chemikalien.
Zu verdanken haben wir diese ganz neue Materialklasse den drei Chemikern Susumu Kitagawa, Richard Robson und Omar Yaghi. Auf die Idee kam als erster Richard Robson von der University of Melbourne, als er Holzkugeln und Stäbe für das Molekülmodellbauen seiner Studenten vorbereitete. Er überlegte, wie sich die Eigenheiten bestimmter Atome nutzen ließe, um maßgeschneiderte Molekülgerüste zu erzeugen. 1989 stellte er seine ersten metallorganischen Gerüstmoleküle vor.
Susumu Kitagawa und Omar Yaghi entwickelten unabhängig voneinander auf Basis von zunächst zweidimensionalen Konstrukten neue, stabile Varianten der dreidimensionalen metallorganischen Gerüstverbindungen und demonstrierten ganz neue Eigenschaften und Vorteile dieser molekularen Käfige. Kitagawa konstruierte Ende der 1990erJahre erstmals Käfigmoleküle, die nicht starr, sondern biegsam und flexibel waren. Yaghi entwickelte nahezu zeitgleich ein unter de Kürzel MOF-5 bekanntes Gerüstmolekül, das bis heute bahnbrechend wirkt. Denn diese Verbindung ist selbst bei Hitze bis 300 Grad stabil und bildet besonders große, als Käfig nutzbare Hohlräume.
Physik-Nobelpreis: Quantentunneln geht auch makroskopisch
In der Quantenphysik gelten andere Gesetze als in unserer Makrowelt. Während Wände in unserer Alltagswelt für einen Ball unpassierbar sind, ist dies in der Quantenwelt anders: Atome und andere mikroskopisch kleinen Teilchen können solche normalerweise undurchlässigen Wände durchdringen: Sie durchtunneln die energetische oder physikalische Barriere.
Die diesjährigen Physik-Nobelpreisträger haben erstmals bewiesen, dass dieser quantenphysikalische Effekt auch im makroskopischen Maßstab möglich ist. Dies gelang in Experimenten, die John Clarke, Michel Devoret und John Martinis 1984 und 1985 an der University of California in Berkeley durchführten. Sie nutzten dafür einen Supraleiter-Schaltkreis, der durch eine Isolator-Barriere getrennt war. Eigentlich dürfte deshalb kein Strom fließen. Doch die Messinstrumente zeigten trotz Barriere eine geringe, aber eindeutig vorhandene Spannung an.
Der Clou dabei: Die Elektronen in einem Supraleiter reagieren nicht einzeln, sondern als quantenphysikalische Einheit. Die Spannung im Supraleiter-Schaltkreis belegte daher, dass selbst eine solche größere Einheit eine Barriere durchtunneln kann. „Wieder einmal feiern wir, dass die jahrhundertealte Quantenmechanik immer wieder neue Überraschungen bietet“, sagt Olle Eriksson, Vorsitzender des Nobelkomitees für Physik.
Medizin-Nobelpreis für Entdecker der peripheren Immuntoleranz
Unser Immunsystem schützt uns täglich vor tausenden Krankheitserregern. Dabei gelingt es der Abwehr, die Eindringlinge trotz ihrer vielgestaltigen Merkmale als fremd zu erkennen und von unseren Zellen zu unterscheiden. Der Medizin-Nobelpreis 2025 geht an die Entdecker der peripheren Immuntoleranz – dem Mechanismus, der unser Immunsystem daran hindert, körpereigenen Zellen und Gewebe anzugreifen.
Der japanische Forscher Shimon Sakaguchi identifizierte als erster die regulatorischen T-Zellen als entscheidende Akteure für diesen regulatorischen Mechanismus. Durch Mäuseversuche entdeckte er im Jahr 1995 , dass es T-Zellen gibt, die ein spezielles Merkmal auf ihrer Zelloberfläche tragen – und die andere Immunzellen bremsen können, wenn diese irrtümlich Zellen oder Gewebe unseres Körpers angreifen.
Die US-Forschenden Mary Brunkow und Fred Ramsdell entdeckten dann im Jahr 2001 das Gen, das die Entwicklung dieser T-Zellen steuert. Ist dieses Gen defekt, fehlen diese Zellen und damit die Akteure, die andere Immunzellen überwachen und sie an Angriffen auf körpereigene Gewebe hindern. Erst durch diese Erkenntnisse wissen wir, wie das Immunsystem Freund von Feind unterscheidet, gleichzeitig eröffnet das Wissen neue Ansätze für die Therapien.
