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 Zebras: Immer der Erinnerung nach
24.05.2017 | Senckenberg Forschungsinstitut und Naturmuseen

nachricht Wichtiges Regulator-Gen für die Bildung der Herzklappen entdeckt
24.05.2017 | Universität Basel

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: Orientierungslauf im Mikrokosmos

Physiker der Universität Würzburg können auf Knopfdruck einzelne Lichtteilchen erzeugen, die einander ähneln wie ein Ei dem anderen. Zwei neue Studien zeigen nun, welches Potenzial diese Methode hat.

Der Quantencomputer beflügelt seit Jahrzehnten die Phantasie der Wissenschaftler: Er beruht auf grundlegend anderen Phänomenen als ein herkömmlicher Rechner....

Im Focus: A quantum walk of photons

Physicists from the University of Würzburg are capable of generating identical looking single light particles at the push of a button. Two new studies now demonstrate the potential this method holds.

The quantum computer has fuelled the imagination of scientists for decades: It is based on fundamentally different phenomena than a conventional computer....

Im Focus: Tumult im trägen Elektronen-Dasein

Ein internationales Team von Physikern hat erstmals das Streuverhalten von Elektronen in einem nichtleitenden Material direkt beobachtet. Ihre Erkenntnisse könnten der Strahlungsmedizin zu Gute kommen.

Elektronen in nichtleitenden Materialien könnte man Trägheit nachsagen. In der Regel bleiben sie an ihren Plätzen, tief im Inneren eines solchen Atomverbunds....

Im Focus: Turmoil in sluggish electrons’ existence

An international team of physicists has monitored the scattering behaviour of electrons in a non-conducting material in real-time. Their insights could be beneficial for radiotherapy.

We can refer to electrons in non-conducting materials as ‘sluggish’. Typically, they remain fixed in a location, deep inside an atomic composite. It is hence...

Im Focus: Hauchdünne magnetische Materialien für zukünftige Quantentechnologien entwickelt

Zweidimensionale magnetische Strukturen gelten als vielversprechendes Material für neuartige Datenspeicher, da sich die magnetischen Eigenschaften einzelner Molekülen untersuchen und verändern lassen. Forscher haben nun erstmals einen hauchdünnen Ferrimagneten hergestellt, bei dem sich Moleküle mit verschiedenen magnetischen Zentren auf einer Goldfläche selbst zu einem Schachbrettmuster anordnen. Dies berichten Wissenschaftler des Swiss Nanoscience Institutes der Universität Basel und des Paul Scherrer Institutes in der Wissenschaftszeitschrift «Nature Communications».

Ferrimagneten besitzen zwei magnetische Zentren, deren Magnetismus verschieden stark ist und in entgegengesetzte Richtungen zeigt. Zweidimensionale, quasi...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Meeresschutz im Fokus: Das IASS auf der UN-Ozean-Konferenz in New York vom 5.-9. Juni

24.05.2017 | Veranstaltungen

Diabetes Kongress in Hamburg beginnt heute: Rund 6000 Teilnehmer werden erwartet

24.05.2017 | Veranstaltungen

Wissensbuffet: „All you can eat – and learn”

24.05.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Hochspannung für den Teilchenbeschleuniger der Zukunft

24.05.2017 | Physik Astronomie

3D-Graphen: Experiment an BESSY II zeigt, dass optische Eigenschaften einstellbar sind

24.05.2017 | Physik Astronomie

Optisches Messverfahren für Zellanalysen in Echtzeit - Ulmer Physiker auf der Messe "Sensor+Test"

24.05.2017 | Messenachrichten