Nanomaschinen mit Biomotoren

Wissenschaftler wollen Nanorobots mit Bakterienantrieb ausstatten

Wenn denn einmal Nanomaschinen massenweise in unserem Körper sich befinden werden, um etwa gegen Viren oder Krebszellen vorzugehen, dann könnten sie womöglich Cyborgs sein. Zumindest überlegen Wissenschaftler, ob sie als Motor solcher Maschinchen nicht Bakterien verwenden können.

Eldrid Sequeira und Alicja Copik von der Utah State University wollen nicht nur mit der molekularen Nanotechnologie biologische Systeme nachahmen, sondern gleich die Energie von Mikroorgnaismen ausnutzen, um winzige Fahrzeuge beispielsweise in den Blutbahnen durch den Körper zu bewegen.

In Deutschland etwa entwickelt MicroTEC winzige U-Boote, die mit RMPD (Rapid Micro Product Development) hergestellt werden. Damit kann flüssiger Kunststoff mittels Belichtung durch einen Laser schichtweise aufgetragen und gehärtet werden. Das micro-U-Boot ist als Exponat der Weltausstellungzu sehen gewesen. Ähnlich gibt es eine "intelligente Pille". Dem U-Boot (Wellendurchmesser 10µm, Schiffsschraubendurchmesser 600µm, Schiffskörperdurchmesser 650µm, Gesamtlänge 4mm) fehlen aber noch Sensoren, Energieversorgung und Motor.

Die Utah-Wissenschaftler jedenfalls gehen davon aus, dass mit den neuesten Herstellungstechniken im Nanobereich Bakterien den Schwung für die Mikro- oder Nanomaschinen bringen könnten. Sie stellen sich vor, Bakterien wie E. coli oder S. typhimurium an einer winzigen Scheibe anzubringen, die sich frei um einen Schaft bewegen können: "Die Bakterien werden aufgrund ihres mobilen Verhaltens schwimmen und die Scheibe ziehen oder anschieben. Mit Kräften, die tangential auf die Scheibe wirken und den Bakterien, die um die Scheibe herum angebracht sind, wird sich die Scheibe drehen. Diese von den Mikroorganismen verursachte mechanische Kraft wird als Quelle für die Energie eines Mikro- oder Nanosystems wirken."

Bestechend wäre die Idee, weil mit dem Bakterienantrieb die Miniaturisierung der Maschinen nicht durch Motoren und Energieversorgung gebremst würde. Möglicherweise ließen sich auch nur die Flagella, also die Antriebsgeißeln der Bakterien, als Motor für die Bakterien-Maschine-Symbiose verwenden. Mit großer Wahrscheinlichkeit haben sich aufgrund vom Symbiosen auch die Bakterien entwickelt. So nimmt man an, dass Spirochäten an anderen Bakterien oder an Protisten innen oder außen angeheftet haben und mit diesen verschmolzen sind, so dass die Wirtszellen damit beweglich wurden, während die Spirochäten sich von deren Abfallprodukten ernähren. Die Wissenschaftler meinen jedenfalls, dass ein solches System mit Bio-Antrieb "vollständig steuerbar ist, da es auf der Mobilität der Bakterien beruht, die chemotaktischer Natur ist." Die große Frage allerdings ist, wie die Biomotoren überhaupt dauerhaft in einer bestimmten Position an die Scheibe angebracht werden können.

Ein anderes Problem ist auch die Lebensdauer der Biomotoren. Die Wissenschaftler, die bislang erst die Biomotoren auf dem Computer simulieren, um das effektivste Design auszuarbeiten, wollen, so berichtet New Scientist, in einigen Monaten mit den ersten Experimenten beginnen und dabei S. typhimurium verwenden, weil diese einen guten "Antrieb" besitzen und eine relativ lange Lebensdauer haben. Ohne Nahrung können sie eine Stunde überleben. Das ist natürlich nicht lange. Andererseits würde das Hinzufügen von Nahrung zur Verlängerung der Lebensdauer auch nicht funktionieren, da sich die Bakterien dann nur teilen würden, womit der Motor durcheinander käme. Ob die Verwendung nur der Flagella dafür wirklich eine Abhilfe schafft, ist ebenso spekulativ wie der ganze Ansatz.