05.12.2014

Neuigkeiten aus der Nanoforschung (4)

Kommentar von Thilo Spahl

Indem wir in den Bereich von wenigen Millionstel Millimetern (Nanometern) vorstoßen, eröffnen sich uns grundsätzlich neue technische Möglichkeiten. Ein neuer Beitrag unserer Reihe und einen weiteren Einblick in die vielfältige Forschung auf diesem Gebiet.

Weltmeisterlicher Feuerring

Die synthetische Biologie ist die Fortsetzung der Gentechnik, bei der es nicht mehr nur darum geht, ein Gen aus einem Organismus in einen anderen einzubauen, sondern einfache Organismen umzuprogrammieren. Es ist gleichsam biologische Nanotechnologie. Und der deutsche Nachwuchs ist hier überaus erfolgreich. Das beweisen zwölf Heidelberger Bachelor- und Masterstudenten, die beim diesjährigen International Genetically Engineered Machines Wettbewerb (iGEM), sozusagen der Weltmeisterschaft der synthetischen Biologie, in einer Konkurrenz von 245 Teams den Titel holten.

Neben dem Hauptpreis sicherten sich die Heidelberger auch mehrere Spezialpreise, etwa für den besten technologischen Fortschritt oder die beste Software, und wurden außerdem zum Publikumsfavoriten gewählt. Ihre Erfindung mit dem Namen „Ring of Fire“  ist ein Verfahren, mit dem Proteine in Form sehr stabiler geschlossener Ringe gebracht werden können,  indem ihre Enden miteinander verbunden werden, ohne dass die Funktion dabei verloren geht. Das Verfahren wird als so bedeutend für Medizin und Biotechnologie betrachtet, dass in der F.A.Z. schon „ein Nobelpreis für die jungen Wilden“ gefordert wird. [1]

Strom aus Wärme

Überall entsteht Abwärme: im Stahlwerk, im Rechenzentrum, im Verbrennungsmotor, in der Biogasanlage, usw. – eine Menge Energie, die einfach verpufft.  Die deutsche Firma Duropan hat eine Möglichkeit gefunden, diese Wärme wirtschaftlich zu nutzen, indem sie in elektrischen Strom verwandelt wird.  Die Technologe beruht auf einem thermischen Akkumulator, in dem Nanopartikel Infrarotstrahlung aufnehmen und Kohlenstoffnanoröhrchen die Wärme zu einem Thermogenerator weiterleiten, wo durch Temperaturdifferenz Strom erzeugt wird. Das System arbeitet wartungsfrei, die Lebensdauer soll 300.000 Stunden betragen, bei einer Leistung von bis zu 800 Watt pro Quadratmeter. [2]

Lotuseffekt 2.0

Es ist schon einige Jahre vom Lotuseffekt die Rede. Aber offensichtlich lässt sich die Fähigkeit des Lotusblattes, Dreck rückstandslos von sich abperlen zu lassen, nicht ohne weiteres für alle Gegenstände nachahmen, die wir uns gerne unverschmutzbar wünschen, vor allem Fensterscheiben, Fassaden, Schuhe und Autolack. Nun wartet das Karlsruher Institut für Technologie mit einem „Lotuseffekt 2.0“ auf.  Während das natürliche Vorbild nur in der Lage ist, Wasser abzuweisen, stößt der neuartige Werkstoff „Fluoropor“ auch Öl ab, das bekanntlich zu sehr viel unangenehmerer Verschmutzung führt. Dies gelingt durch eine Nanostrukturierung von Fluorpolymeren (bekannt als Teflon). Prinzipiell sollen damit beliebige Gegenstände beschichtet werden können.  Es sind aber, wie üblich, noch ein paar Schwierigkeiten zu überwinden. Wir warten also weiter auf Autoscheiben, die im Winter nicht zufrieren. [3]

Mehr Gas

Die Erzeugung von Strom aus Biogas ist eine besonders ineffiziente Methode der Energiegewinnung. Mit der Verbesserung der Ausbeute um ein paar Prozent ist es also nicht getan. Spanische Forscher vom Catalan Institute of Nanoscience and Nanotechnology (ICN2) versprechen nun eine Verdreifachung der Methanproduktion mithilfe der „BiogàsPlus“-Technologie. Schlüssel zum Erfolg sind Eisenoxidnanopartikel, die eine Art Dünger für Bakterien darstellen, die Klärschlamm oder organische Abfälle in Gas verwandeln. Am Anfang wollten die Wissenschaftler nur untersuchen, ob die Nanopartikel für die Mikroorganismen schädlich sind. Es zeigte sich, dass sie sich nicht nur unschädlich, sondern offenbar sehr förderlich auswirkten. Zur Kommerzialisierung wurde das Unternehmen Applied Nanoparticles gegründet. [4]

Schnelle Entgiftung

Die Überdosierung von Medikamenten erfordert rasches Handeln in der Notfallmedizin. Die Wirkstoffe, die in hoher Dosis in kurzer Zeit zu Vergiftungserscheinungen bis zum Tode führen können, müssen möglichst schnell wieder aus dem Körper entfernt werden. Schweizer Forscher setzten in Experimenten hierfür Liposomen ein. Das sind maßgeschneiderte Nanobläschen, deren Hülle aus einer Doppelmembran aus Fettsäuremolekülen besteht. Normalerweise dienen solche Bläschen dazu, Medikamente in den Körper hinein zu transportieren. Aber warum nicht auch in die andere Richtung? Es zeigte sich, dass die Liposomen in der Lage sind, die Wirkstoffe gezielt aus dem Blut einzufangen und zu verkapseln. Mithilfe eines Blutwäscheverfahrens, der sogenannten Bauchfell-Dialyse, können sie anschließend wieder aus dem Körper entfernt werden. [5]