Es ist stockfinster und regnet heftig in den menschenleeren Straßen des Wissenschafts- und Technologieparks Adlershof am südöstlichen Berliner Stadtrand. Die weitläufigen Gebäudekomplexe, die sich hier entlang parkartiger Grünflächen erstrecken, sind nach Spitzenforscherinnen und Nobelpreisträgern vergangener Zeiten benannt, erinnern an Chemie-Pionier Emil Fischer, Kernphysikerin Lise Meitner oder Erwin Schrödinger, den Miterfinder der Quantenmechanik. Gespenstisch ragt der historische „Trudelturm“, in dem einst der Sturzflug von Flugzeugen erforscht wurde, in den Nachthimmel. Mit seiner ovalen Form wirkt das Betongebilde wie eine riesige Bombe. Aus einem futuristischen, an eine Raumstation erinnernden Zweckbau, einen guten Steinwurf entfernt, dringt noch Licht. Hier befindet sich das Labor eines der führenden Spitzenforscher von heute.
Stefan Hecht wandelt in weitläufigen, von riesigen Gebläsen ständig belüfteten Fluchten von Räumen, vollgestopft mit Massenspektrometern und Elektronenmikroskopen, in den Fußstapfen der historischen Vorbilder. Hinter einer Sicherheitstür gibt der hochgewachsen-schlanke 51-Jährige gerade eine Kostprobe der faszinierenden Rezepte, die in dieser Hightech-Küche der Naturwissenschaft entwickelt werden.
Was Stefan Hecht vorführt, erinnert an Science-Fiction
Was der Chemiker vorführt, erinnert an Science-Fiction, scheint die fantastischen Technik-Visionen aus Weltraum-Filmen und Zukunfts-Romanen wahr werden zu lassen: Aus einer Skulptur aus Licht erzeugt Hecht einen festen Gegenstand. Fast wirkt es wie Zauberei, was da in dem Gerät passiert, das selbst so gar nicht spektakulär aussieht, eher wie ein etwas groß geratener, orangefarben lackierter Kaffee-Vollautomat. In einem kleinen Behälter, gefüllt mit einer transparenten, honigartigen Flüssigkeit, erscheint zunächst ein Hologramm: ein dreidimensionales Abbild des Brandenburger Tors, detailgetreu, aber nur wenige Zentimeter breit.
Soweit nichts Besonderes, doch mit Hologrammen, wie sie heute Fotostudios als Souvenir anfertigen können, hat dieser Vorgang kaum etwas zu tun. Denn innerhalb der nächsten Minuten härtet die Masse überall dort aus, wo das Licht – genauer gesagt ein Strahl sichtbaren Lichts und ein unsichtbarer UV-Strahl – sie berührt. Ein Abbild des Hologramms aus Kunststoff scheint regelrecht aus einem Vorhang von Strahlen zu sprießen, „glatter und präziser, als dies mit den bisher gängigen Verfahren des 3D-Drucks möglich ist“, sagt Stefan Hecht.
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Chemiker Stefan Hecht forscht an der Humboldt-Uni in Berlin. Er ist fasziniert vom Phänomen Licht.
Foto: WISTA Management GmbH
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Chemiker Stefan Hecht forscht an der Humboldt-Uni in Berlin. Er ist fasziniert vom Phänomen Licht.
Foto: WISTA Management GmbH
Der Chemie-Professor an der Humboldt-Universität zu Berlin ist Gründungsdirektor des Materialforschungsinstituts „Center for the Science of Materials Berlin“. Und hat die Technik erfunden, die den beschriebenen Apparat erst möglich macht, der in der Wissenschaftspresse schon mal mit dem so legendären wie fiktiven „Replikator“ aus der Weltraum-Saga „Star Trek“ verglichen wird. Gar nicht so weit hergeholt, findet Hecht: „Wer in den Tiefen des Weltalls unterwegs ist, kann Dinge des täglichen Bedarfs nicht mal eben im Supermarkt kaufen. In der Star-Trek-Welt wird dieses Problem mit dem sogenannten Replikator gelöst, einem Apparat, der allerhand Objekte, von der Tasse Earl-Grey-Tee bis hin zu Ersatzteilen für das Raumschiff auf Wunsch erzeugen kann.“ In diese Richtung gehe das zwar schon, aber das Prinzip seiner Erfindung habe mit einem anderen Motiv aus der Science-Fiction-Welt mehr zu tun: „Wenn sich bei den Zweikämpfen in den Star-Wars-Filmen die berühmten Lichtschwerter kreuzen, ein rotes und ein blaues, dann passiert etwas – es gibt ein Geräusch. Bei unserer Technik treffen ebenfalls zwei unterschiedliche Lichtstrahlen aufeinander und es passiert etwas. Moleküle in der kunststoffhaltigen Flüssigkeit gehen in den festen Zustand über. Und zwar genau dort.“
Das Prinzip kennt man von den selbst tönenden Sonnenbrillen
Das Phänomen Licht fasziniert Stefan Hecht schon als Schüler in Köpenick im damaligen Ostteil Berlins. Der Gymnasiast „entflammt“ für die Chemie, ein engagierter Lehrer facht das Feuer mit immer neuen Experimenten und kniffligen Aufgaben stetig an. Nach der deutschen Wiedervereinigung ist Hecht bei „Jugend Forscht“ mit einer Arbeit über die Erzeugung von kaltem Licht wie in Glühwürmchen erfolgreich, als junger Student tüftelt er an einem Verfahren, mit dem Schadstoffe in der Umwelt abgebaut werden können – natürlich mithilfe von Sonnenlicht. Moleküle, die ihren Zustand unter dem Einfluss von Licht verändern, sich durch die Strahlen „schalten“ lassen, werden sein Spezialgebiet. „Ein Beispiel, das jeder kennt, ist die selbst tönende Sonnenbrille, bei strahlendem Licht werden die Gläser dunkler, in der Dämmerung wieder hell“, sagt er.
Doch es gibt eine Vielzahl von Varianten solcher „Photoschalter“, und Stefan Hecht dringt in das Thema so tief ein, wie wenige andere Menschen auf der Welt. Er forscht dazu an der renommierten University of California in Berkeley, wo er auch promoviert, an der Freien Universität Berlin, am Max-Planck-Institut in Mülheim-Ruhr oder an der Berliner Humboldt-Uni, die er 2019 verlässt, weil ihm die RWTH in Aachen und das dortige Leibniz-Institut Spitzenpositionen und Forschungsmöglichkeiten anbieten. Schließlich kehrt er 2022 nach Berlin zurück – als Einstein-Professor an die Humboldt-Universität und Zentrumsleiter.
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Xolographie: aus einem Hologramm formt sich mit Licht ein Modell des Brandenburger Tors und härtet aus.
Foto: Xolo GmbH
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Xolographie: aus einem Hologramm formt sich mit Licht ein Modell des Brandenburger Tors und härtet aus.
Foto: Xolo GmbH
Das Verfahren, bei dem Moleküle sich durch den Einfluss von Licht dauerhaft verändern, entwickelt Hecht zusammen mit dem Physiker Martin Regehly und stellt es 2020 in der Fachzeitschrift Nature vor. Xolographie nennen sie die neue Technik – X steht für die gekreuzten Lichtstrahlen, Holografie für die Dreidimensionalität und Graphie für Schreiben. Von der vergleichsweise grauen Theorie bis zum praxistauglichen Produktionsverfahren ist es auch für den Berliner ein weiter, steiniger Weg. Die Gründer-Kultur, die er aus den USA kennt, ist in Deutschland zunächst weniger stark ausgeprägt, doch es gibt Fortschritte. In Berlin-Adlershof haben sich rund um die 18 dort ansässigen Universitäts-Labore und Forschungseinrichtungen hunderte Hightech-Firmen angesiedelt, die daran arbeiten, aus den Ergebnissen der Grundlagenforschung greifbare Geschäftsideen zu machen. Staatliche Fördergelder und private Investoren-Millionen fließen immer stetiger, eine der Erfolgsgeschichten, die es eben auch gibt in Berlin, der Hauptstadt mit dem Chaos-Image. Stefan Hecht wird hier zum Gründer, Xolo heißt die Firma, die inzwischen gut 15 Mitarbeiter hat und namhafte Geldgeber überzeugen konnte.
Anwendungschancen gibt es viele: in der Augenheilkunde oder der Zahntechnik
Doch was lässt sich mit der neuen Technik herstellen, das nicht mit anderen Verfahren billiger geht? Ihre Vorteile spielt die Xolographie laut Hecht etwa bei kleineren, durchsichtigen Gegenständen aus Acrylwerkstoffen aus; momentan laufe ein Projekt für hochpräzise optische Linsen, wie sie in Mobiltelefonen der nächsten Generation zum Einsatz kommen könnten. Kooperationspartner sei ein führendes Unternehmen auf dem Gebiet. Hinzu kommen laut Hecht zahlreiche Anwendungen im Bereich der Augenheilkunde, intraokulare Linsen für Grauer-Star-Operationen etwa, dazu eine ganze Reihe von zahntechnischen Anwendungen. Großes Potenzial sieht er auch im Bereich des sogenannten Bio-Drucks, bei dem organische Gebilde aus lebenden Zellen hergestellt werden. Dabei geht es etwa um künstliche Nieren und Herzklappen oder um organartige Gebilde, die der Erforschung auf den Patienten individuell zugeschnittener Medikamente dienen und dabei Tierversuche reduzieren helfen.
Forscher an der niederländischen Universität Eindhoven berichten etwa von einem „Durchbruch“ beim 3D-Druck von kleinsten Strukturen aus lebenden Muskel- und Leberzellen mithilfe der Xolo-Technologie. Das Verfahren sei für die Zellen besonders schonend, so Hecht. „Es geht jedenfalls nicht darum, kleine Modelle des Brandenburger Tors herzustellen, aber das ist für uns als Berliner von Anfang an das Demonstrations-Objekt“, sagt er. Wobei mit der in Adlershof entwickelten Technik auch Objekte hergestellt werden könnten, die einfach nur schön funkeln. Im vergangenen Jahr startete die Firma Xolo eine Zusammenarbeit mit dem österreichischen Schmuck-Riesen Swarovski, gemeinsam sollen ganz neue Produktionsmethoden entwickelt werden.
Chemie war einst eine deutsche Paradedisziplin
Aus dem Alltag der Firma hält Hecht sich freilich raus, seine Leidenschaft bleibt die Forschung und, vielleicht noch mehr, die Ausbildung des Chemiker-Nachwuchses. Was ihm Sorgen macht: Immer weniger junge Menschen beginnen ein Studium der Chemie, die einst so eine Art naturwissenschaftliche deutsche Paradedisziplin gewesen sei. Ein Umstand, der einerseits am Niedergang der deutschen Chemie-Industrie liegen möge, der sich durch den Mangel an jungen Chemikern wiederum weiter beschleunige. Andererseits sei die Disziplin auch ein Stück weit selbst verantwortlich für das schwindende Interesse: Zu trocken, theoretisch und praxisfern sei das Fach lange gewesen, das müsse sich ändern. An einem ausführlichen Grundlagenstudium führe zwar nichts vorbei, „die frischen Abiturienten brauchen ja erst mal ein Basisfundament“, sagt er. Doch anschließend müsse es viel mehr als bisher um die konkrete Lösung von Problemen gehen, jenseits der Grenzen von Fachdisziplinen. „Die Herausforderungen unserer Zeit lassen sich nur bewältigen, wenn die besten Wissenschaftler, egal ob Chemiker, Physiker, Biologen, Informatiker oder Ingenieure, gemeinsam anpacken.“
Bei einem nachmittäglichen Treffen mit fortgeschrittenen Studenten und Doktoranden in einem schlichten Besprechungsraum zeigt sich, was Hecht meint. Er und die Studenten duzen sich, der Umgangston ist locker, wenn der Professor Tipps für einen besseren Versuchsaufbau oder ein vielversprechenderes Verfahren gibt, wirkt er wie ein Basketball-Coach, der einen neuen Spielzug erklärt. Oft geschieht das auf Englisch, denn die Spitzenforschung ist eine internationale Angelegenheit. Bei den Doktoranden im Fach Chemie kommt inzwischen fast jeder Dritte aus dem Ausland, wer im „Hecht-Lab“ mitarbeitet, kann sich zur weltweiten Chemiker-Elite zählen. In seinem Institut wird an der perfekten Membran getüftelt, den Gang hinunter geht es um verbesserte Solarzellen, im Stock darüber um die Batteriespeicher der Zukunft oder Anlagen, mit denen chemische Versuche oder Tests in heute kaum vorstellbarer Zahl und Präzision durchgeführt werden können.
Stefan Hecht verschweigt zwar nicht, dass die Entdeckungen der Chemie auch Probleme mitverursacht haben – etwa die weltweite Plastikmüll-Schwemme – doch er sagt: „Ohne die Chemie, die naturwissenschaftliche Forschung insgesamt, lassen sich die Probleme der Zukunft nicht lösen“. Auch nicht Probleme, die sich erst im Weltall stellen, fügt er noch an. Seine Xolo-Technik funktioniere anders als viele herkömmliche Verfahren nämlich in der Schwerelosigkeit genauso gut. Bei Parabelflügen der Deutschen Luft- und Raumfahrtagentur, auf denen die Bedingungen im All simuliert werden, habe das bereits nachgewiesen werden können, freut sich Hecht: „Wer weiß, vielleicht fliegt ein Gerät, das auf unserem Verfahren basiert, in ein paar Jahren als eine Art Replikator für Ersatzteile mit zum Mars.“
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Bernhard Junginger
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