Der Bereich Nanotechnologie ist noch ein recht junger Wissenschaftszweig. Große Fortschritte sind dort noch recht selten, weswegen es um so aufregender ist, wenn es Wissenschaftlern gelingt, doch einen beachtlichen Schritt nach vorne zu machen. Forschern aus England ist nun aber eine Entwicklung gelungen, die unser Leben in Zukunft erheblich verbessern könnte: Sie kreierten einen winzigen Motor im Nanobereich, der in Zukunft Miniaturroboter antreiben könnte, die direkt in der Zelle gegen Erkrankungen kämpfen.


dna-163466_1280

Manipulation von Materie auf der kleinsten Ebene

Inspiration findet die Nanotechnologie in der Natur. Die Vorgänge innerhalb einer Zelle, also Dinge wie die DNA-Reduplikation oder die Protein-Biosynthese sind im Grunde nichts anderes als die Manipulation von Materie auf der molekularen oder atomaren Ebene, also genau das, was auch das Ziel der Nanotechnologie ist. So gelang es Forschern beispielsweise, Mikro-Propeller aus DNA-Strängen zu erschaffen,die so frei und präzise miteinander kombiniert werden können, dass die Technik als “DNA-Origami” bekannt wurde. DNA-Origami leidet aber darunter, dass dem Produkt Kraft und Geschwindigkeit fehlt, sodass die Einsatzmöglichkeiten bisher noch begrenzt sind.


Den englischen Forschern gelang es jedoch, Nano-Motoren zu entwickeln, die mit Lichtstrahlen gesteuert werden können und Nano-Kolben, -Pumpen und Ventile antreiben können. Die Motoren bestehen aus Gold-Nanopartikeln, die mit einer hitzesensitiven Chemikalie verbunden wurden.

ANTs: Hohe Kraftentwicklung im Nanobereich

Eines der größten Probleme bei der Entwicklung von Technik im Nanobereich ist die Notwendigkeit, in derart kleinen Skalen dennoch eine starke Kraft entwickeln zu können. Das Problem lässt sich an einem einfachen Beispiel verdeutlichen: Ein Mensch, der im Wasser schwimmt, ist durch dieses in seinen Bewegungen nur geringfügig eingeschränkt. Würde dieser Mensch aber auf ein Größe schrumpfen, die ihn hunderttausend Mal kleiner als eine Ameise macht, dann würde das Wasser sich unfassbar dickflüssig anfühlen. Dieser “Nano-Mensch” müsste im Verhältnis zu seiner Größe eine gewaltige Kraft entwickeln, um im Wasser vorwärts zu kommen. Dieses Verhältnis von Größe zu Kraft inspirierte auch den Namen der Entwicklung: Actuating Nano-Transducers – oder ANT, zu deutsch Ameise.

Die ANTs lassen sich sozusagen als Feder visualisieren. Bei Raumtemperatur ist das Bindematerial entspannt, die Zwischenräume können mit Wasser aufgefüllt werden, sodass die Nanopartikel auseinandergedrückt werden. Wenn das Bindematerial mit einem Laser nur wenige Grad erhitzt wird, zieht sich das Material zu einer dünnen Schicht zusammen. Die Nanopartikel werden also zusammengezogen, das Wasser wird verdrängt. Beim Erkalten strömt das Wasser schlagartig zurück und drückt die Nanopartikel explosiv auseinander. Die ANTs speichern so enorme elastische Kräfte und geben diese mit großer Geschwindigkeit wieder ab.

Die Verwendung von Lasern war ein Schlüsselelement bei der Entwicklung der ANTs. Mit der richtigen Laserfarbe für das richtige Material (in diesem Fall ein grüner Laser für Gold-Nanopartikel) lassen sich die Partikel sehr schnell erhitzen. Die Abkühlung erfolgt aufgrund der geringen Größe ebenfalls mit hoher Geschwindigkeit, sodass der Vorgang im Mikrosekunden-Bereich stattfindet.

Vielfältige Einsatzmöglichkeiten

It’s like an explosion. We have hundreds of gold balls flying apart in a millionth of a second when water molecules inflate the polymers around them”, erklärt Tao Ding vom Cambridge Cavendish Laboratory. Ein offensichtlicher Einsatzbereich der ANTs ist der Einsatz von Microfluids, die es ermöglichen, ganze Labore auf die Größe eines einzelnen Chips zu schrumpfen, was die Entwicklung von Wirkstoffen mit hoher Präzision ermöglicht. Die Verwendung von ANTs könnte in Zukunft sehr viel komplexere Microfluid-Chips ermöglichen.

Außerdem sollen die ANTs in Zukunft so weiterentwickelt werden, dass ganze Motoren im Nanobereich konstruiert werden können, die auch winzige Roboter in lebendigen Zellen antreiben können. Irgendwann in Zukunft soll es auch möglich sein, solche Nanoroboter zur Konstruktion von Gegenständen im Makrobereich zu verwenden, eine Anwendungsmöglichkeit, die aus diversen SciFi-Romanen bekannt ist.

Teile den Artikel oder unterstütze uns mit einer Spende.
PayPal SpendeAmazon Spendenshopping

Schreibe einen Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert.