Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Mikrozellen sollen sich selbst zusammensetzen und chemische Reaktionen dirigieren

29.08.2012
Wenn Elektronik sich wie Mikroorganismen benimmt
3,4 Millionen Euro aus EU-Förderprogramm für internationales Forschungsvorhaben

Der erste Platz in einer hochkompetitiven EU-Ausschreibung zum Thema „Unconventional Computing“ ging an das Kooperationsprojekt „MICREAgents“ unter Federführung von RUB-Professor John McCaskill von der Fakultät für Chemie und Biochemie.


MICREAgent lablets: Die intelligenten künstlichen Zellen sind mit autonomer Elektronik ausgestattet. Sie setzen sich selbst zusammen, um als Paare („gemlabs“ oder „Zwillings-lablets“) mikroskopische chemische Reaktoren zu bilden. Sie können dann Information und Chemikalien miteinander oder an einer dafür vorgesehenen Andockoberfläche austauschen.

Copyright: John McCaskill

Die Forscher wollen autonome elektronische Mikroreagenzien entwickeln, die kaum größer als lebende Zellen sind und sich selbst zusammensetzen. Die intelligenten Mikrozellen werden in wässrige Lösungen gegeben, wo sie chemische und elektronische Information austauschen, um gemeinsam komplexe chemische Reaktionen oder Analysen auszuführen – ganz nach dem Motto „berechnen gleich konstruieren“.

Die Technik könnte zum Beispiel in der „Point-of-Care“-Diagnostik, etwa für medizinische Schnelltests, oder zur Synthese von Nanopartikeln eingesetzt werden. Die EU fördert das Forschungsvorhaben im FP7-Programm mit 3,4 Millionen Euro für drei Jahre. Vier Forschergruppen der RUB kooperieren mit Wissenschaftlern von fünf anderen europäischen Universitäten sowie aus Israel und Neuseeland.

Mikro-„Agenten“, die sich selbst zusammensetzen und kommunizieren
Ziel des Projekts ist es, programmierbare elektronische Chemie auf der Mikroskala zu schaffen. Dafür stellen die Forscher sogenannte „lablets“ her, Einheiten mit elektronischen Schaltkreisen auf 3D-Mikrochips, die sich zu MICREAgents (Microscopic Chemically Reactive Electronic Agents) zusammensetzen. Die lablets haben einen Durchmesser von weniger als 100 µm und finden sich selbstständig zu Paaren oder größeren Gruppen zusammen, um dynamische Reaktionskammern zu bilden. Mit ihrer Elektronik kontrollieren sie chemische Prozesse in ihrer unmittelbaren Umgebung, ähnlich wie die genetische Information in Zellen die lokalen chemischen Vorgänge kontrolliert: Sie können Chemikalien selektiv konzentrieren, verarbeiten und wieder in die Lösung abgeben. Der paarweise Zusammenschluss ist reversibel; er erlaubt, Informationen von einem lablet zum anderen zu transferieren.

Elektronische Signale in chemische Prozesse übersetzen

Die lablets sollen Transistoren, Superkondensatoren, Energiewandler und Sensoren enthalten sowie Aktuatoren für die lablet-Trennung und den Chemikalienaustausch. Diese Ausstattung erlaubt es ihnen, elektronische Signale in chemische Konstruktionsprozesse zu übersetzen und die Ergebnisse der Prozesse aufzuzeichnen. Die Chemikalien sind also nicht in einem Reaktor, der die Verarbeitung von außen steuert. Stattdessen werden die intelligenten MICREAgents in die Mixtur aus Chemikalien gegossen und organisieren die chemischen Reaktionen aus dem Inneren heraus.
Berechnungen sind mit Konstruktionsprozessen verwoben

Die intelligenten Mikroreagenzien können zum Beispiel für die Vervielfältigung von Molekülen programmiert werden, oder für andere chemische Prozesse, die aus komplexen Gemischen Chemikalien konzentrieren oder aufreinigen. Sie können Reaktionen in Kaskaden durchführen, detektieren, wann Reaktionen abgeschlossen sind, Produkte transportieren und an bestimmten Orten absetzen. Es handelt sich um einen neuen Weg, Berechnungen und Konstruktion zu verknüpfen. MICREAgents setzen sich nicht nur selbst zusammen, sie sind auch fähig zur Evolution. Damit gehen sie sogar noch über John von Neumanns universelle Konstruktionsmaschine hinaus, die komplexere Maschinen als sich selbst herstellen sollte. Obwohl die nanostrukturierten Einheiten schon bald in der Lage sein werden, ihre chemische und elektronische Information zu replizieren, besteht nicht die Gefahr, dass sie sich unkontrolliert in der Umwelt ausbreiten. Denn ihre Funktion ist abhängig von einem durch uns hergestellten komplexen elektronischen Substrat.

Projektpartner aus der RUB

Prof. Dr. John S. McCaskill (Microsystems Chemistry and Biological Information Technology) arbeitet zusammen mit Prof. Dr. Günter von Kiedrowski (Bioorganische Chemie), Prof. Dr. Jürgen Oehm (Analoge Integrierte Schaltungen) und Dr. Pierre Mayr (Integrierte Systeme). Die Gruppen von Prof. McCaskill und Prof. von Kiedrowski haben schon früher in EU-Projekten kooperiert, um künstliche Zellen zu erforschen. „ECCell“, das im Februar 2012 auslief, legte die Basis für elektrochemische Zellen. In diesem Projekt umgab die Elektronik die Chemie; in MICREAgents drehen die Forscher dieses Verhältnis um: Autonome elektronische Teilchen berechnen chemische Reaktionen.

Weitere Informationen

Prof. Dr. John S. McCaskill, BioMIP: Microsystems Chemistry and BioIT, Fakultät für Chemie und Biochemie der Ruhr-Universität, 44780 Bochum, Tel. 0234/32-27702
john.mccaskill@rub.de

Angeklickt

Ausführliche Projektbeschreibung (englisch)
http://aktuell.ruhr-uni-bochum.de/mam/content/projektbeschreibung_micreagents.pdf

BioMIP at RUB
http://homepage.ruhr-uni-bochum.de/john.mccaskill/BioMIP/

Redaktion: Dr. Julia Weiler

Dr. Josef König | idw
Weitere Informationen:
http://www.ruhr-uni-bochum.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Neuer Mechanismus der Gen-Inaktivierung könnte vor Altern und Krebs schützen
23.02.2017 | Leibniz-Institut für Alternsforschung - Fritz-Lipmann-Institut e.V. (FLI)

nachricht Alge im Eismeer - Genom einer antarktischen Meeresalge entschlüsselt
23.02.2017 | Universität Konstanz

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: 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...

Im Focus: Innovative Antikörper für die Tumortherapie

Immuntherapie mit Antikörpern stellt heute für viele Krebspatienten einen Erfolg versprechenden Ansatz dar. Weil aber längst nicht alle Patienten nachhaltig von diesen teuren Medikamenten profitieren, wird intensiv an deren Verbesserung gearbeitet. Forschern um Prof. Thomas Valerius an der Christian Albrechts Universität Kiel gelang es nun, innovative Antikörper mit verbesserter Wirkung zu entwickeln.

Immuntherapie mit Antikörpern stellt heute für viele Krebspatienten einen Erfolg versprechenden Ansatz dar. Weil aber längst nicht alle Patienten nachhaltig...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Big Data Centrum Ostbayern-Südböhmen startet Veranstaltungsreihe

23.02.2017 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - April 2017

23.02.2017 | Veranstaltungen

Wie werden wir gesund alt? - Alternsforscher tagen auf interdisziplinärem Symposium in Magdeburg

23.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Heinz Maier-Leibnitz-Preise 2017: DFG und BMBF zeichnen vier Forscherinnen und sechs Forscher aus

23.02.2017 | Förderungen Preise

Big Data Centrum Ostbayern-Südböhmen startet Veranstaltungsreihe

23.02.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Planeten außerhalb unseres Sonnensystems: Bayreuther Forscher dringen tief ins Weltall vor

23.02.2017 | Physik Astronomie