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Bionik: Rotationsmodule aus DNA-Molekülen beschleunigen Entwicklung künstlicher Nano-Motoren

Immer wieder dient die Biologie als Vorbild für die Entwicklung moderner Technologien. Das ist auch jüngst wieder am Beispiel künstlicher Nanomotoren zu sehen, die in Zukunft winzig kleine Maschinen antreiben sollen. Forscher der Technischen Universität München orientierten sich bei der Konstruktion des bereits erfolgreich kreierten, nur einige millionstel Millimeter großen, Rotationsmoduls aus DNA-Molekülen an den winzigen rotierenden Geißeln (auch Flagellen genannt) mit denen sich Bakterien durch Flüssigkeiten bewegen. Auf Basis der sich drehenden Nanomotoren, können den Forschern zufolge in Zukunft Nanomaschinen entwickelt werden, die in der Medizin beispielsweise bei der chemischen Synthese neuer Substanzen oder bei der Analyse biologischer Proben unterstützen können.

Bild: Penn State University

Nanocontainer mit Medizin an Bord schwimmen durch die Blutbahnen

Im Oktober erst haben wir von einer Nanomaschine berichtet, die in der Lage ist HIV-Antikörper binnen weniger Minuten im menschlichen Blut nachweisen zu können. In Zukunft dürften Nanomaschinen weiterhin hoch relevant sein und die Forschung maßgeblich unterstützen. „Unser Mechanismus könnte als Plattform dienen, um verschiedene Theorien zur Funktionsweise von makromolekularen Motoren experimentell zu testen.“, so Philip Ketterer vom Labor für biomolekulare Nanotechnologie an der Technischen Universität München. Die Forscher haben die neue Antriebsmöglichkeit von Nanomaschinen in der Form eines Bauplans in einem aktuellen Artikel in der Fachzeitschrift „Science Advances“ veröffentlicht. Als Grundmaterial nutzen die Forscher der TU-München gerade Stränge aus DNA-Molekülen. In einem Folgeschritt lagerten sich dann 54 der Stränge in einer Pufferlösung selbstständig zu einem gerade einmal wenige Nanometer großen Zylinder zusammen. Es handelt sich dabei bereits um das innere Bauteil eines Nanomotors, um den sich ebenfalls wieder DNA-Stränge positionierten und weitere Zylinder-Hüllen bildeten. Innerhalb des Hüllenzylinders können sich nun die inneren Zylinder frei und in verschiedene Richtungen bewegen.

Nanobots

Nanobots im Kampf gegen Krebs

Bisher erfolgen die Drehbewegungen des neuen Nanomotor-Antriebs noch zufällig und passiv mit Hilfe der Brownschen Molekularbewegung in einer erwärmten Flüssigkeit. In Zukunft könne man die einzelnen Teile aber auch punktuell mit einem warmen Laserstrahl gezielt steuern. Die Forscher halten allerdings auch chemische Reaktionen für die koordinierte Steuerung für möglich. Gelingt auch dieses Vorhaben, könne man in Zukunft spezielle Nanocontainer, beladen mit medizinischen Wirkstoffen, durch die Blutbahnen schwimmen lassen um gezieltere und dadurch effizientere Behandlungsmethoden zu ermöglichen. Die Nanocontainer bewegen sich mit den künstlichen Nanomotor-Antrieben dann wie Bakterien durch das Blutkreislaufsystem des Menschen.

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