Sie sehen aus wie Spermien, sind aber winzige Schwimmroboter: US-Forscher haben Biobots konstruiert, die aus Kunststoff bestehen und deren Geißelschwanz von schlagenden Herzzellen angetrieben wird. Solche Mini-Schwimmer könnten künftig als Transporter für Medikamenten eingesetzt werden, aber auch als Spürnasen für Schadstoffe oder Umweltgifte, so die Forscher im Fachmagazin „Nature Communications“
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Geißeln, oder auch Flagellen genannt, sind die Propeller des biologischen Mikrokosmos: Neben Spermien bewegen sich damit auch einige Bakterien- und Algenarten gerichtet vorwärts. Einige begnügen sich dabei nicht nur mit einem Anhängsel – es gibt auch Antriebssysteme, die auf mehreren Geißeln beruhen. Die Funktionsweise dieses faszinierenden Bio-Patents ist seit langem Gegenstand der Forschung, vor allem in der Nanotechnologie gab es schon mehrere Ansätze, diese Erfindung der Natur nachzubauen.
Nur Kopf, Schwanz und ein paar Herzzellen
Eine effektive Variante ist nun Taher Saif von der University of Illinois in Urbana-Champaign gelungen. Der Körper der von ihnen entwickelten Bio-Bots umfasst ähnlich wie bei einem Spermium einen leicht verdickten Kopfteil und einen langen, schmaleren Schwanz, das Ganze besteht jedoch aus einem flexiblen Polymer. Am Übergang zwischen Kopf und Schwanzteil platzierten die Forscher lebende Herzzellen. Diese organisierten sich dort selbst zu einer funktionalen Einheit.
Es handelt sich um ein fast minimalistisches Konzept, betont Saif: „Ein Kopf mit Anhängsel – dann kommen die Zellen dazu – interagieren mit der Struktur und machen sie funktionstüchtig.“ Die Herzzellen schlagen synchron und senden dadurch eine Wellenbewegung durch die synthetische Geißel. Das verschafft den winzigen Vehikeln einen effektiven Vorwärtsantrieb, wie die Experimente zeigen. Die Forscher haben auch bereits Modelle mit zwei Geißeln gebastelt. Dieser Doppelantrieb steigert die Geschwindigkeit der Biobots und erleichtert ihnen zudem die Navigation.
Sensoren sind als nächstes dran
Genau das ist auch eines der großen Ziele der Forscher. Sie wollen den kleinen Vehikeln Sinne verleihen, um sie zu bestimmten Punkten steuern zu können. Dazu müssten die schwimmenden Biobots nur mit entsprechend kleine Sensoren ausgestattet werden, die beispielsweise auf Licht oder bestimmte chemische Stoffe reagieren und dann die Schwimmrichtung beeinflussen.
„Die langfristige Vision scheint klar“, sagt Saif. In der Zukunft könnten solche Miniroboter für medizinische oder umwelttechnische Anwendungen eingesetzt werden. Sie könnten beispielsweise bestimmte Organe oder Regionen im Körper gezielt mit Medikamenten oder Stammzellen beliefern. Aber auch als winzige Sensoren, die Schadstoffe oder Gifte aufspüren, wären die Mini-Roboter einsetzbar. Nach Ansicht der Forscher eröffnet dies eine enorme Vielfalt an Möglichkeiten. (Nature Communications, 2014; doi: 10.1038/ncomms4081)
(University of Illinois, 21.01.2014 – MVI/NPO)
