Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Künstliche Flimmerhärchen: Kieler Forscher entwickeln Nano-Transportsystem

01.07.2014

Seit Milliarden von Jahren bewegen sich Bakterien durch ihre Flimmerhärchen fort. Auch in fast jeder menschlichen Zelle sind die winzigen schlagenden Härchen zu finden.

Forscher der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) haben nun Moleküle nach ihrem Vorbild erschaffen. Künstliche Organellen und eine gezieltere Herstellung von Substanzen sind damit denkbar. Ihre Arbeit veröffentlichten die Wissenschaftler unlängst im Fachjournal European Journal of Organic Chemistry. 


Künstlerische Darstellung von Pantoffeltierchen mit künstlichen Flimmerhärchen: Die Moleküle haften mit „Saugnäpfen“ an einer Oberfläche und schlagen nach einer Seite, wenn sie mit Licht angeregt werden. Die Nachbildung des Milliarden Jahre alten biologischen Transportsystems könnte zukünftig in winzigen „Fabriken“ eingesetzt werden.

Abbildung/Copyright: Herges

Flimmerhärchen (Cilien), auch Flimmerepithele genannt, bedecken unsere Atemwege wie ein Rasen. In unseren Rachen- und Nasenschleimhäuten sorgen sie dafür, dass Schleim und die darin eingebetteten Fremdkörper ständig Richtung Rachen hinausbefördert werden (außer bei starken Raucherinnnen und Rauchern, die ihre Cilien durch Nikotin und Teer zerstört haben).

Dem Ziel, dieses biologische Transportsystem künstlich nachzubilden, sind Tobias Tellkamp und Professor Rainer Herges mit schaltbaren Molekülen nun einen großen Schritt näher gekommen. 

Solche Moleküle, die mit Licht bestrahlt hin und her „zucken“, gibt es zwar schon lange. Eine gerichtete Bewegung war aber damit bisher nicht möglich. Die Schwierigkeit bestand darin, dass die Moleküle nur nach einer Seite schlagen dürfen, da sich die Bewegungen sonst aufheben.

Mit einem Trick in der Molekülkonstruktion haben die Kieler Chemiker aus dem Sonderforschungsbereich 677 „Funktion durch Schalten“ dieses Problem gelöst: Damit die künstlichen Härchen ihre Aufgabe erfüllen können, müssen sie außerdem auf einer Oberfläche befestigt werden. „Also haben wir eine Art molekularen Saugnapf an den Schaltern befestigt“, erklärt Projektleiter Herges. 

Untersuchungen zeigten, dass dieser Saugnapf sehr gut auf Goldoberflächen haftet. Das Forschungsteam beobachtete, dass sich die Moleküle schon bei einem kurzen Eintauchen des Goldes in die Lösung völlig selbstständig und  regelmäßig nebeneinander anordnen. „Die Saugnäpfe saugen sich fest, sind auf der Oberfläche aber immer noch beweglich und ziehen sich gegenseitig an“, beschreibt Doktorand Tellkamp. So entsteht ein künstliches Epithel. 

Ob die so hergestellten Epithele wirklich so funktionieren wie etwa in unseren Nasenschleimhäuten, wollen die Forscher in einer zweiten Phase mittels Rasterkraftmikroskop-Untersuchung herausfinden. Behilflich sind ihnen dabei Kolleginnen und Kollegen aus der Kieler Oberflächenphysik um Professor Olaf Magnussen. Geplant ist, drei Nanometer große Partikel auf den mit Licht angeregten Härchen kontrolliert in eine Richtung zu bewegen. 

Die Ergebnisse sind nicht nur für die Grundlagenforschung höchst interessant. Mit den künstlichen Flimmerepithelen ließe sich theoretisch eine molekulare Nanofabrikation verwirklichen, bei der molekulare Maschinen andere Maschinen bauen, indem chemische Produkte gezielt und präzise zueinander geführt werden. Ganze Fabrikationsanlagen könnten so auf einem winzigen Chip Platz finden.

Außerdem könnten künstliche Organellen mit den molekularen Flimmerhärchen ausgestattet werden, die durch einen äußeren Reiz gesteuert oder gar autonom in der Blutbahn auf einen Krankheitsherd hinsteuern, erläutern die Forschenden mögliche Anwendungszwecke.   

Originalpublikation Tobias Tellkamp, Jun Shen, Yoshio Okamoto and Rainer Herges. Diazocines on Molecular Platforms. Eur. J. Org. Chem 2014. DOI: 10.1002/ejoc.201402541 (Online Publikation) 

Kontakt Prof. Dr. Rainer Herges Christian-Albrechts-Universität zu Kiel Otto Diels-Institut für Organische Chemie Tel.: 0431/880-2440 E-Mail: rherges@oc.uni-kiel.de

Denis Schimmelpfennig | Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Auf der molekularen Streckbank
24.02.2017 | Technische Universität München

nachricht Sicherungskopie im Zentralhirn: Wie Fruchtfliegen ein Ortsgedächtnis bilden
24.02.2017 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: „Vernetzte Autonome Systeme“ von acatech und DFKI auf der CeBIT

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) in Kooperation mit der Deutschen Messe AG vernetzte Autonome Systeme. In Halle 12 am Stand B 63 erwarten die Besucherinnen und Besucher unter anderem Roboter, die Hand in Hand mit Menschen zusammenarbeiten oder die selbstständig gefährliche Umgebungen erkunden.

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für...

Im Focus: Kühler Zwerg und die sieben Planeten

Erdgroße Planeten mit gemäßigtem Klima in System mit ungewöhnlich vielen Planeten entdeckt

In einer Entfernung von nur 40 Lichtjahren haben Astronomen ein System aus sieben erdgroßen Planeten entdeckt. Alle Planeten wurden unter Verwendung von boden-...

Im Focus: Mehr Sicherheit für Flugzeuge

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem totalen Triebwerksausfall zum Einsatz kommt, um den Piloten ein sicheres Gleiten zu einem Notlandeplatz zu ermöglichen, und ein Assistenzsystem für Segelflieger, das ihnen das Erreichen größerer Höhen erleichtert. Präsentiert werden sie von Prof. Dr.-Ing. Wolfram Schiffmann auf der Internationalen Fachmesse für Allgemeine Luftfahrt AERO vom 5. bis 8. April in Friedrichshafen.

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem...

Im Focus: HIGH-TOOL unterstützt Verkehrsplanung in Europa

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt sich bewerten, wie verkehrspolitische Maßnahmen langfristig auf Wirtschaft, Gesellschaft und Umwelt wirken. HIGH-TOOL ist ein frei zugängliches Modell mit Modulen für Demografie, Wirtschaft und Ressourcen, Fahrzeugbestand, Nachfrage im Personen- und Güterverkehr sowie Umwelt und Sicherheit. An dem nun erfolgreich abgeschlossenen EU-Projekt unter der Koordination des KIT waren acht Partner aus fünf Ländern beteiligt.

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt...

Im Focus: Zinn in der Photodiode: nächster Schritt zur optischen On-Chip-Datenübertragung

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium allein – die stoffliche Basis der Chip-Produktion – sind als Lichtquelle kaum geeignet. Jülicher Physiker haben nun gemeinsam mit internationalen Partnern eine Diode vorgestellt, die neben Silizium und Germanium zusätzlich Zinn enthält, um die optischen Eigenschaften zu verbessern. Das Besondere daran: Da alle Elemente der vierten Hauptgruppe angehören, sind sie mit der bestehenden Silizium-Technologie voll kompatibel.

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Aufbruch: Forschungsmethoden in einer personalisierten Medizin

24.02.2017 | Veranstaltungen

Österreich erzeugt erstmals Erdgas aus Sonnen- und Windenergie

24.02.2017 | Veranstaltungen

Big Data Centrum Ostbayern-Südböhmen startet Veranstaltungsreihe

23.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Fraunhofer HHI auf dem Mobile World Congress mit VR- und 5G-Technologien

24.02.2017 | Messenachrichten

MWC 2017: 5G-Hauptstadt Berlin

24.02.2017 | Messenachrichten

Auf der molekularen Streckbank

24.02.2017 | Biowissenschaften Chemie