Alles was ein Baum zum Leben braucht ist Licht, Luft und Wasser. Mittels Photosynthese gewinnt er Nahrung aus Sonnenlicht, mittels molekularer Maschinen verwandelt er Kohlenstoffdioxid in Sauerstoff und Kohlenwasserstoffverbindungen, bildet Wurzeln, Stamm und Äste, produziert Blätter und trägt Früchte.
Propellerantrieb der Bakterien
Die Natur kennt molekulare Motoren, Pumpen und Propellerantriebe. Letztere nutzen Bakterien, um sich im Wasser fortzubewegen. Mittels ihrer korkenzieherähnlichen Geißeln (Flagellen), die sie mal links- und mal rechtsherum bewegen, ergibt sich ein Zickzackkurs. Dies ist eine gerichtete Zufallsbewegung, denn die Bakterien haben sehr wohl eine bevorzugte Richtung bei ihrer Fortbewegung. Nämlich hin zu Nährstoffen oder weg von Giftstoffen. Und diese Richtung schlagen sie – statistisch gesehen – dann auch ein.
Eine Bakteriengeißel ist über mehrere ring- und plattenförmige Strukturen in die Zellmembran eingebaut und sitzt auf einer Art Kugellager. Ringsherum befinden sich Protonenkanäle, die wie ein Elektromotor wirken, wenn sich die positiv geladenen Teilchen durch die Porenöffnung in die Zelle hinein bewegen. Hierdurch wird eine elektrische Abstoßung erzeugt, die die Geißel wie einen Propeller mit bis zu 250 Umdrehungen pro Sekunde in Drehung versetzt. Diese Bewegung unterscheidet sich grundsätzlich von der Bewegung der Muskeln.
Der kleinste Elektromotor der Welt
Im Fachmagazin "Nature Natotechnology" berichten Forscher über die Erfindung des kleinsten Elektromotors der Welt. Der Mini-Antrieb besteht aus einem einzigen Molekül mit einem Durchmesser von einem Nanometer. Zum ersten Mal gelang die Herstellung eines molekularen Motors, der mit elektrischem Strom angetrieben wird. Bislang trieb man molekulare Motoren mit Licht oder mittels chemischer Reaktionen an. Einziger Nachteil des elektrisch angetriebenen Nano-Motors: er funktioniert bislang nur bei extrem niedrigen Temperaturen von etwa minus 260 Grad Celsius. Der Nanomotor besteht aus einem asymmetrischen Molekül, das drehbar auf einer Kupferoberfläche aufliegt. Mit Elektronen, die von einem Rastertunnelmikroskop abgegeben werden, kann die Drehgeschwindigkeit und die Drehrichtung des Moleküls gezielt gesteuert werden. Aus einer Kopplung von molekularer Bewegung mit elektrischen Signalen könnte man in Zukunft Miniaturgetriebe in Nanoschaltkreisen konstruieren. Solche Nanozahnräder könnten dann beispielsweise in Handys oder Rotationspumpen in medizinischen Bauteilen verwendet werden.
Weitere Anwendungsmöglichkeiten für Nanobots
Nanobots oder Nanoroboter sind autonome Maschinen (Roboter) mit Abmessungen von nur wenigen Nanometern. Weltweit arbeiten Forscher an der Herstellung von Nanobots, die beispielsweise in Körperzellen oder Blutgefäße eindringen und dort gezielt Medikamente oder Substrate abgeben. So ist es bereits gelungen, einen Nanobot zu entwickeln, der ein Anti-Krebsmittel direkt an den Ort des Geschehens transportiert. Dabei handelt es sich um einen 70 Nanometer kleine Behälter aus Polymer, der einen Stoff enthält, der verhindert, das die Krebszellen ein bestimmtes Protein herstellen. Das Transport-Gefäß wird in die Blutbahn des Patienten gespritzt und dringt in die Krebszellen ein. In der Krebstherapie arbeitet man unter anderem auch an magnetischen Nanopartikeln, die zu Transportzwecken eingesetzt werden könnten.
Quellen:
- Spiegel Online: „Mini-Motor besteht aus nur einem Molekül“, 5.09.2011
- Bild der Wissenschaft: „RÖHREN, RÄDER UND ROTOREN“, 4/1998
- Golem: „Nanobot als Medizintransporter im Körper“, 26.03.2010
- Nature Nanotechnology: "Experimental demonstration of a single-molecule electric motor", 23.05.2011
Martina Rüter - Als freiberufliche Webgestalterin beschäftige ich mich sowohl mit dem web-gerechten Texten als auch mit barrierefreiem Webdesign. ...
