Tausende Nanomaschinen arbeiten erstmals im Gleichschritt

Zum ersten Mal gelang es Forschern, die Bewegung von künstlich hergestellten molekularen Maschinen zu koordinieren

Einem französischen Forscherteam ist es erstmals gelungen, Tausende künstlich hergestellte molekulare Maschinen koordiniert in Bewegung zu setzen und damit die Kontraktion von Muskelfasern nachzuempfinden. Die Kontraktion erstreckte sich über eine Länge von bis zu mehreren Mikrometern.

Biologische Nanomaschinen (Moleküle) sind komplexe Proteinverbindungen, die für wesentliche Lebensfunktionen wie den Ionentransport, die ATP-Synthese (energetisches Molekül) oder die Zellteilung verantwortlich sind. Unsere Muskeln werden durch die koordinierte Bewegung von Tausenden solcher Nanomaschinen gesteuert. Die Bewegung jeder einzelnen Nanomaschine erstreckt sich über eine Länge von nur wenigen Nanometern. Wird jedoch eine große Zahl solcher koordinierten Bewegungen miteinander verknüpft, so lässt sich die daraus resultierende Bewegung auf makroskopischer Ebene verstärken. Trotz zahlreicher Fortschritte in der Herstellung künstlicher Nanomaschinen konnte das Problem ihrer räumlichen und zeitlichen Koordinierung bis heute nicht gelöst werden.

10.000-fach verstärkte Bewegung

Das französische Forscherteam vom Charles Sandron Institut sowie vom Labor für Materie und komplexe Systeme der Universität Paris Diderot nutzte nun die natürlichen Prozesse der Nanomaschinen, um mit speziellen Proteinen einen künstlichen Muskelstrang kontrolliert strecken und kontrahieren zu lassen. Dazu hefteten sie die Eiweiß-Moleküle an eine winzige Kunststofffaser an und steuerten die Bewegung über den Säuregrad (pH-Wertes) der Flüssigkeit um den Muskel. Durch die Verkettung Tausender Nanomaschinen wurde die Bewegung dieser Molekülkette im Vergleich zu der mit einer einzelnen Nanomaschine erzielten Bewegung um ein 10.000-faches verstärkt.

Dieses Ergebnis ebnet den Weg für neue Anwendungen bei der Herstellung von künstlichen Muskeln, die beispielsweise in der Robotik oder für medizinische Prothesen genutzt werden könnten, sowie für die Entwicklung neuer Werkstoffe mit eingebauten Nanomaschinen. (red, derstandard.at, 20.11.2012)

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