Forscher bauen molekulare Maschinen nach dem Vorbild der Natur
Nano-Roboter machen Oberflächen sichtbar

Normalerweise sorgen Mikrotubuli in Zellen für Bewegung, bringen Kerne in Position und ziehen Chromosomen auseinander. Nun aber spannen Forscher Mikrotubuli ein, um winzige Oberflächenstrukturen sichtbar zu machen: Sie statten sie mit winzigen Scheinwerfern aus, schicken sie über eine Oberfläche und kartieren so deren Struktur.

HB DÜSSELDORF. Biotechnologen der University of Washington haben ein neues Verfahren entwickelt, mit dem mikroskopisch kleine Oberflächenstrukturen sichtbar gemacht werden können. Das Team um Viola Vogel und Henry Hess hat dafür molekulare Maschinen, so genannte Nanobots, nach dem Vorbild der Natur gebaut. Diese Kleinstroboter könnten in Zukunft elektrische oder magnetische Analyseverfahren ablösen.

Die Forscher machten sich natürliche Molekularprozesse zu Nutze, um Oberflächenreliefs auszuleuchten: In tierischen und pflanzlichen Zellen transportieren so genannte Mikrotubuli zusammen mit dem Motorprotein Kinesin verschiedene Stoffe durch die Zelle. Auch bringen sie den Zellkern vor der Zellteilung in seine richtige Position und ziehen während der Zellteilung die Chromosomen auseinander. Die Mikrotubuli gleichen Hohlzylindern, an denen entlang das Motorprotein die Stoffe transportiert.

Die Forscher kehrten das Prinzip um: Sie beschichteten die interessierende Oberfläche mit den Motorproteinen und gaben Mikrotubuli darauf. Diese verteilten sich zufällig über die auf der gesamten Oberfläche fixierten Motorproteine. Weil sie die Mikrotubuli zuvor mit einem fluoreszierenden Farbstoff beladen hatten, konnten die Wissenschaftler deren Bewegungen unter dem Mikroskop verfolgen und fotografisch festhalten.

Eine Auflösung von einem Nanometer angestrebt

Es zeigte sich, dass die Nanobots Licht in kleinste Hohlräume und auf sanfte Hügel bringen, aber höhere Erhebungen können sie nicht überwinden. Die Beschaffenheit der Oberfläche bestimmt also den Weg, den die winzigen Glühwürmchen nehmen. Indem die Forscher alle fünf Sekunden ein Foto machen und die Bilder anschließend übereinander legen, erhalten sie eine detaillierte topografische Karte. Dabei werden kleinste Strukturen von zirka 50 Nanometern sichtbar. Die Forscher streben mit noch kleineren Nano-Robotern nach einer Auflösung von einem Nanometer und planen mehrere Anwendungen: Unbekannte Oberflächen könnten in ihrer Struktur analysiert, kleinste Risse und Materialfehler sichtbar gemacht werden. Auch die Unterscheidung bestimmter Oberflächeneigenschaften - etwa in Bezug auf Wasserabweisung - könnte gelingen.

Auch Professor Joe Howard vom Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie in Dresden erforscht, wie molekulare Maschinen funktionieren. Der Direktor des Instituts arbeitete zuvor in der Seattle-Gruppe und beschäftigt sich jetzt in Dresden intensiv mit Mikrotubuli. Nanobots, die feinste Einblicke in die Nanowelt ermöglichen, seien erst im labortechnischen Maßstab erprobt, betont Howard. Auch Dietmar Wechsler vom VDI-Technologiezentrum in Düsseldorf prognostiziert: "Es wird noch fünf bis zehn Jahre dauern, bis Mikrotubuli-Systeme im technischen Maßstab anzuwenden sind." Herausfordernd sei, die Nanobots über längere Zeit stabil zu halten.

Nanobots übernehmen Spezialaufgaben

Bisher stehen ausgereifte magnetische oder elektrische Analyseverfahren bereit. Fehler in supraleitenden Bauteilen lassen sich mit Magnetfeldern oder mit der Rasterspektroskopie sichtbar machen. Einen Einsatz der Nanobots sieht Experte Wechsler in Spezialfällen, wo kleinste Strukturen entschlüsselt werden sollen. "Sicher gehören die Nanobots heute noch in den Bereich der visionären Nanotechnologie", sagt Prof. Wolfgang Martin Heckl vom Institut für Kristallographie und angewandte Mineralogie an der Universität München. Doch denkbar sei, dass sie irgendwann zu den Nanotechnologie-Produkten gehören, wie es sie bereits heute gibt.

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