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Stilisierte DNA-Stränge

Nano-Roboter mit DNA-Beinen

Zwei Forschergruppen haben Roboter mit Armen und Beinen aus DNA entwickelt: Die Nano-Maschinen laufen wie Spinnen auf miniaturisierten Straßen und können sogar chemische Bausteine transportieren.

Technologie 12.05.2010

Fantastische Reise

Die Vision wurde 1966 formuliert: Im Film "The Fantastic Voyage" lässt sich die Besatzung eines U-Boots samt ihrem Gefährt auf Bakteriengröße schrumpfen, um sodann in die Blutbahn eines aus dem Ostblock entflohenen Wissenschaftlers, Dr. Beneš, injiziert zu werden. Das Ziel der Mission: Die Entfernung eines inoperablen Blutgerinnsels in Beneš' Gehirn.

Die Vorstellung, dass man irgendwann Menschen miniaturisieren könnte, wird auch in Zukunft Science-Fiction bleiben. Was Maschinen betrifft, sieht es hingegen ein wenig anders aus. Zwei Forschergruppen haben im Fachblatt "Nature" Nanoroboter vorgestellt, deren Extremitäten aus DNA bestehen - jenem Molekül also, das in unseren Körperzellen als Speichermedium genetischer Information fungiert.

Rechnen, Basteln, Gehen

Dass man mit dem Erbmolekül auch anderes tun kann, als lediglich ein genetisches "Back Up" im Zellkern anzulegen, hat im Jahr 1994 Leonard Adleman gezeigt. Der Bioinformatiker von der University of California in L.A. begründete das Forschungsfeld des "DNA-Computings", indem er nachwies, dass Berechnungen nicht nur mit Silizium-Molekülen (wie im Computer) möglich sind, sondern eben auch mit DNA.

2006 bzw. 2007 folgten zwei weitere Meilensteine. Caltech-Forscher Paul Rothemund arrangierte unser Erbmolekül in zweidimensionalen Landschaften und nannte das Ganze "DNA-Origami". Rothemund produzierte damals medientaugliche Smileys auf Nanoskala, die er selbstironisch als "silly artwork" bezeichnete - denn eigentlich ging es um die Technologie und die Beliebigkeit der Form. Und Kollegen von ihm konstruierten kurz darauf "DNA-Walker", Moleküle, die sich mit Hilfe chemischer Energie auf DNA-Beinen fortbewegen.

Denkende Landschaften

Beide Konzepte, "DNA-Origami" und "DNA-Walker", haben nun zwei Forschergruppen zu Nano-Robotern verschmolzen, die Spektakuläres zu leisten imstande sind. Ein Team um Hao Yan von der Arizona State University fand die Lösung für folgendes Problem: Roboter müssen normalerweise ein Speichermedium mit sich führen, ihr elektronisches Hirn, wenn man so will. Schrumpft man den Roboter allerdings auf Nanogröße, wie es beispielsweise bei den DNA-Walkern der Fall ist, wäre das Speichermedium größer als der Roboter selbst.

Daher haben Yan und Co. die Not zur Tugend erklärt und das "Hirn" des Walkers einfach in dessen Umwelt eingeschrieben. Der Roboter besteht aus einem Proteinmolekül mit vier Beinen, von denen eines als Anker dient und die anderen drei für das Marschieren zuständig sind. Wohin sich der Roboter bewegt, sagt ihm die Landschaft, in der er sich befindet. Sie ist eine Weiterentwicklung von Rothemunds DNA-Origami und erteilt Befehle wie "Start", "Gehe geradeaus", "Wende", "Stopp" - nicht schlecht für einen Roboter dieser Größe.

Träger mit DNA-Armen

Der Roboter des New Yorker Nanoforschers Nadrian Seeman ist zwar nicht so autonom, er bewegt sich nämlich nur, wenn man ihn laufend mit zusätzlichen DNA-Strängen versorgt.

Dafür kann die Nano-Maschine etwas anderes: Sie besitzt nebst vier Beinen auch drei Arme aus DNA, und diese können Lasten aufnehmen, tragen und wieder abgeben. Im konkreten Fall transportierte der DNA-Walker Goldpartikel, es könnten aber auch völlig andere Substanzen sein, wie Seeman und seine Kollegen betonen. Nächste Ausbaustufe dieser Idee: ein komplettes Fließband auf Nanoskala.

Robert Czepel, science.ORF.at

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