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Nanotechnologie

Der weltkleinste Düsenantrieb kommt aus Dresden

Nanoraketen mit Düsenantrieb
Mittlerweile hat sie sogar Eingang ins Guinness-Buch der Rekorde gehalten – dabei ging es ihren Erbauern gar nicht um Höchstleistungen: Sie wollten mit ihrer Miniaturausgabe eines Düsenantriebs eigentlich nur neue Funktionalitäten für Nanomaschinen entwickeln. Herausgekommen ist dabei der weltweit kleinste von Menschenhand gebaute Düsenantrieb mit 600 Nanometer Durchmesser und einem Pikogramm (10-15 Kilogramm) Gewicht.

Alex Solovev und seine Kollegen vom Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung in Dresden gelang dies, indem sie dünne Schichten aus Titan, Eisen und Platin erzeugten, die sich selbst zu winzigen Mikro- und Nanoröhren zusammenrollen können. Ihre innerste Schicht besteht aus Platin und wirkt zum Beispiel in Wasserstoffperoxid als Katalysator, der die Reaktion zu Wasser und Sauerstoff erleichtert. Die sich bildenden Sauerstoffblasen treten dann aus den Nanoröhren aus und treiben dabei die Röhrchen schnell und gerichtet an. Durch ein äußeres Magnetfeld lassen sich Bewegung, Beschleunigung und Richtungsänderungen der Düsen zudem relativ leicht steuern.

Bei einer zweiten Antriebsvariante verwendeten die Forscher Enzyme als Katalysatoren. Statt Platin brachten sie das Enzym Katalase in den aufgerollten Titan-Gold-Schichten aus, das Wasserstoffperoxid noch effektiver in Wasser und Sauerstoff zersetzt. Dadurch steigerten sie die Antriebskraft um das Zehnfache. Und da Katalase natürlich in lebenden Zellen vorkommt, eigne sich diese Methode besser für Einsätze beispielsweise im menschlichen Körper, hoffen Solovev und Co.

Nanoraketen mit Düsenantrieb
Nanoraketen mit Düsenantrieb | Vision der Forscher: Komplexe Nanomaschinen transportieren kleinste Stoffmengen, zum Beispiel Medikamente, durch Flüssigkeiten und liefern sie am gewünschten Ort ab. Ein Katalysator sorgt dabei für die Reaktion der Flüssigkeit, bei der Sauerstoff freigesetzt wird: Die Bläschen treiben dann die "Rakete" an.
Die Nanoröhrchen selbst werden durch das so genannte verspannungsgetriebene Aufrollen dünner Schichten hergestellt. Die beim technischen Abscheiden der Metalle produzierten Lagen stehen dabei unter extrem hoher mechanischer Spannung und rollen sich selbsttätig auf, wenn sich beim Ablösen der Schichten ein Teil der Verspannungsenergie freigesetzt. Auf diese Weise können Nano- und Mikroröhren mit großer Präzision in bestimmten Durchmessern und aus ganz verschiedenen Materialien reproduzierbar hergestellt werden.

Eines Tages sollen die Miniaturraketen kleinste Medikamentendosen gezielt im Organismus transportieren und passgenau am gewünschten Einsatzort abladen. Im Experiment konnten die Physiker bereits die Röhrchen mit bis zu 60 Styroporkügelchen und einige metallische Nanoplättchen beladen und diese durch Flüssigkeiten transportieren. (dl)
10. KW 2011

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 10. KW 2011

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  • Quellen
Chem. Commun. 47, 698, 2011
Jour. Am. Chem. Soc. 133, 701, 2011

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