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Künstlerische Darstellung von Viren

Strom aus Viren

Forschung an Viren fällt an sich in den Zuständigkeitsbereich von Medizinern. Nun interessieren sich auch die Nanotechnologen für die mikroskopischen Beinahe-Lebewesen: Sie haben mit Hilfe von Viren kleine Generatoren hergestellt.

Technologie 14.05.2012

"Virale Elektronik" ist ein Begriff, den man sich für die Zukunft merken könnte. Die Inauguralstudie dieses jungen Forschungsgebietes hat nun ein Team um den Berkeley-Chemiker Seung-Wuk Lee abgeliefert. Sie folgt dem einfachen Prinzip: Man ordne Viren in einer dünnen Schicht an, übe auf diese Druck aus und erzeuge damit Strom. Dass man durch mechanische Belastungen Spannung erzeugen kann, ist freilich schon länger bekannt.

Piezoelektrizität nennen das Physiker: Erstmals beschrieben wurde das Phänomen bereits im Jahr 1880 von Jacques und Pierre Curie, nachdem die beiden französischen Physiker Tumalinkristalle verformt und kurz darauf an deren Oberfläche elektrische Ladungen entdeckt hatten. Eine Entdeckung mit weitreichenden Folgen: Piezoelektrische Elemente sind heute aus der Sensorik und Messtechnik nicht mehr wegzudenken, und natürlich kommen sie auch in allen erdenklichen Alltagsgegenständen vor: Tonabnehmer, Lautsprecher, Waagen etwa.

Das elektrische Feuerzeug würde ohne die Curie'sche Entdeckung ebenso nicht funktionieren wie die Quarzuhr - wobei der Effekt in zwei Richtungen verlaufen kann. Aus Druck wird Strom (wie beim Feuerzeug), und Strom erzeugt Bewegung. Ist letztere zyklisch und regelmäßig, dann kann man sie zur Messung der Zeit einsetzen (wie bei der Quarzuhr).

Spannung: 400 Millivolt

Die Studie:

"Virus-based piezoelectric energy generation" von Byung Yang Lee und Kollegen ist in "Nature Naotechnology" erschienen

Obwohl es durchaus viele Materialien gibt, die Druck in Strom umwandeln, ist die Entdeckung von Lee nicht zu unterschätzen, da viele davon toxisch und/oder schwer herzustellen sind. Lees M13-Bakteriophagen (an Bakterien parasitierende und für Menschen ungefährliche Viren) indes sind des Laborforscher Liebling, weil preiswert und praktisch im Gebrauch.

Um die Viren zu vermehren, muss man lediglich auf einem Nährboden lebende Bakterien damit infizieren, den Rest erledigt die biochemische Maschinerie im Inneren der Mikroben. Und die solcherart hergestellten Viren ordnen sich auch noch, "self assembly" sei Dank, spontan in Stirnreihe an, um mit elektronischen Elementen versehen zu werden. Wie Lee und seine Kollegen im Fachblatt "Nature Nanotechnology" schreiben, habe der einen Quadratzentimeter große und per Fingerdruck betriebene Virusgenerator bis zu sechs Nanoampere und 400 Millivolt erzeugt. Genug, um etwa eine kleine Flüssigkristallanzeige zu speisen.

Die bislang erreichten Werte sind nicht in Stein gemeißelt, denn die Viren kann man - im Gegensatz zu anorganischen Kristallen - gentechnisch aufpeppen. Da der piezoelektrische Effekt auf einer Verschiebung von Ladungsschwerpunkten im Material beruht, lässt sich die Spannung in verformten Virusproteinen durch zusätzliche geladene Aminosäuren erhöhen.

"Generator in der Schuhsohle"

Viren sind übrigens nicht die ersten biologischen Materialien, an denen man piezoelektrische Eigenschaften entdeckt hat. Bereits in den 1960er Jahren haben Forscher dieses Phänomen an Knochen beobachtet. Zwei Jahrzehnte später fand man auch bei Kollagenfasern ähnliche Eigenschaften. Wohin die virale Elektronik führen wird, ist gegenwärtig unklar. Der von Lee & Co. vorgestellte Virengenerator ist naturgemäß noch nicht mehr als ein "proof of pinciple".

Spekulieren darf man dennoch. Lee hat Mikrogeneratoren im Sinn, die Alltagsbewegungen in Strom übersetzen. Er schreibt in einer Aussendung: "Stellen Sie sich vor, ihr Telefon lädt sich von selbst auf, während Sie gehen. Den notwendigen Strom erzeugt ein papierdünner Generator, der in der Sohle Ihrer Schuhe versteckt ist."

Robert Czepel, science.ORF.at

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