Motoren auf mikroskopisch kleinem Prüfstand

News: Motoren auf mikroskopisch kleinem Prüfstand

Die Autoren von Science-Fiction-Romanen sind es, die sich von den Forschern der Nanotechnologie inspirieren lassen und nicht umgekehrt. Der letzte Schrei sind nun biomolekulare Motoren. Maschinchen, die mit Adenosintriphosphat (ATP) laufen, dem Energielieferanten lebender Zellen. Sie sollen dereinst die chemischen Signale des Körpers empfangen und etwaigen Abweichungen mit einer gezielten Dosis von Arzneien begegnen.

Während einerseits krude Herzmaschinen schwache Leben verlängern, könnten schon bald fast unsichtbare Roboter mutierte Blutkörperchen attackieren. Was im Großen nur mühsam voranschreitet, könnte im Kleinen die Medizin revolutionieren. Das Zauberwort unserer Zeit lautet Nanotechnologie, mit ihren winzigen Maschinen, die kleiner sind als mancher Virus. Jetzt gingen Forscher der Cornell University – man glaubt es kaum – noch einen Schritt weiter und stellten den ersten biomolekularen Motor vor, dessen Nickelpropeller von ATP angetrieben werden. Dieser Stoff findet sich in den meisten lebenden Geweben und ist die Energiequelle der Zellen.

Die kleinen Metallpropeller entstehen in der Cornell Nanofabrication Facility, sind 750 Nanometer lang und 150 Nanometer breit. Dies geschieht in einem komplizierten Prozess aus Lithographie und Ätztechnik. Anschließend verbindet sich die metallische Struktur in einem Bad aus verschiedenen Chemikalien mit den Molekülen der Adenosintriphosphatase (ATPase). Dieses Enzym zerlegt das ATP zu Adenosindiphosphat (ADP), ein Prozess, bei dem Energie freigesetzt wird. Die Forscher erhielten es aus gentechnisch veränderten Bakterien. Carlo Montemagno, Leiter dieses Projekts, ist sicher, dass die Zukunft der Nanotechnologie diesen mikroskopisch kleinen Molekular-Motoren gehören wird (Science vom 24. November 2000).

Die Propeller sitzen auf einem 200 Nanometer großen Sockel. In einer Lösung aus ATP und anderen Chemikalien liefen die Motoren mit acht Umdrehungen pro Minute, und das bis zu zweieinhalb Stunden lang. An eine Serienproduktion ist bislang allerdings noch nicht zu denken. Immerhin schnurrten nur fünf der insgesamt 400 Maschinchen reibungslos. Die meisten Propeller zerlegten sich sogleich oder fielen wieder vom Sockel. Andere ließen sich gar nicht erst montieren. Dennoch sind die Forscher voller Zuversicht – sie hoffen, dass ihre Motoren schon bald mit der Energie des Lichtes auskommen. Außerdem sollen sie mit geeigneten Sensoren ausgestattet werden, sodass sie sich vor Ort in menschlichen Zellen je nach Anwendungen selbsttätig montieren können. Dereinst sollen sie dann die chemischen Signale des Körpers empfangen und auf diese Weise die gezielte Dosierung von Medikamenten möglich machen.

Siehe auch

Spektrum Ticker vom 3.11.2000
"Ein Schalter in der Nanowelt"
Spektrum Ticker vom 21.9.2000
"Hitzefest im Nanomaßstab"
Spektrum Ticker vom 7.9.2000
"Elektronen spielen Fußball"
Spektrum Brennpunkt-Thema vom 7.8.2000
"Nano ist das Größte"
Spektrum der Wissenschaft 4/95, Seite 44
"Biomolekulare Maschinen aus elastischen Polymeren"
(nur für Heft-Abonnenten online zugänglich)

Der Heidelberger Verlag Spektrum der Wissenschaft ist Betreiber dieses Portals. Seine Online- und Print-Magazine, darunter »Spektrum der Wissenschaft«, »Gehirn&Geist« und »Spektrum – Die Woche«, berichten über aktuelle Erkenntnisse aus der Forschung.