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Strömungsdynamik: Der Weg zum schwimmenden Nanoroboter

Flimmerhärchen, Bakterien und Spermien bewegen sich unter anderen physikalischen Bedingungen, als wir sie aus der Alltagswelt kennen. Wer künstliche Mikrotransportsysteme oder Nanoroboter bauen will, muss diese Besonderheiten berücksichtigen und kann von den biologischen Vorbildern lernen.
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In dem Sciencefiction-Klassiker "Die phantastische Reise" aus dem Jahr 1966 lässt sich eine Gruppe von Menschen samt einem U-Boot verkleinern und in den Körper eines Wissenschaftlers injizieren, um aus dessen Gehirn ein lebensbedrohliches Blutgerinnsel zu entfernen. Es ist zwar physikalisch unmöglich, irgendwelche Gegenstände oder gar Menschen in diesem Sinn zu schrumpfen; aber prinzipiell ist die Idee, eine Behandlung oder zumindest ein Medikament in einem mikroskopisch kleinen Behälter gezielt an den Wirkungsort zu bringen, überaus attraktiv.

Eine japanische Arbeitsgruppe um Kazushi Ishiyama hat schon 2002 mikroskopisch kleine, magnetische Schrauben entwickelt, die sich rotierend durch die Blutgefäße beispielsweise zu einem Tumor bewegen sollten, um diesen dann durch lokale Erwärmung zu zerstören. Allerdings werden diese Schrauben wie auch mehrere später entwickelte "Mikroroboter" oder "Nanoroboter" für medizinische Anwendungen – oft verkürzt als "Mikrobots" bezeichnet – über externe Magnetfelder ans Ziel gebracht.

Dagegen steht die Forschung bei künstlichen, steuerbaren Nanokörpern mit eigenem Antrieb noch ganz am Anfang. Das verwundert zunächst, denn die Fertigung miniaturisierter Bauteile hat gerade in der Mikroelektronik gewaltige Fortschritte gemacht, und an natürlichen Vorbildern mangelt es nicht. Die wesentlichen Probleme liegen darin, dass Mikro- oder Nanoschwimmer mit sehr speziellen physikalischen Bedingungen zurechtkommen müssen. Die Helden der "phantastischen Reise" hätten die Flüssigkeiten, in denen ihr U-Boot schwamm, als zäh wie Honig wahrgenommen.

Pantoffeltierchen, schwimmende Bakterien, Algen und Spermien haben für diese physikalischen Probleme verschiedene Lösungen gefunden. ...

April 2015

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum der Wissenschaft April 2015

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  • Quellen

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