„Size doesn't matter“ lautet eine geflügelte englische Redewendung. „Auf die Größe kommt's nicht an“. Stimmt auf jeden Fall, wenn man sich in den Mikrokosmos der Nanotechnologie begibt, die sich mit mikroskopisch kleinen Strukturen befasst. So wie Wissenschaftler des Translationszentrums für Regenerative Medizin (TRM) der Universität Leipzig. Die haben nämlich eine völlig neue Anwendungsmöglichkeit für sogenannte Nanoröhrchen gefunden.

„Nano“ stammt aus dem Griechischen und bedeutet soviel wie „Zwerg“. Am Leibniz-Institut für Oberflächenmodifizierung e.V. (IOM) Leipzig haben Kristina Fischer und Prof. Dr. Stefan Mayr die mechanischen Eigenschaften von Nanoröhrchen untersucht und dabei herausgefunden, dass sie als hochempfindliche Sensoren für Gase und Flüssigkeiten eingesetzt werden können. Die Zwerge erweisen sich somit als wahre Riesen und stellen sozusagen künstliche Supernasen der Zukunft dar.

In ihren Experimenten untersuchten die Wissenschaftler, die sowohl am TRM als auch am IOM tätig sind, die mechanischen Eigenschaften einer Matrix (Grundstruktur) aus Titandioxid-Nanoröhrchen in Abhängigkeit der Herstellungsparameter. Bei der experimentellen Umsetzung wurde das Schwingungs- und Dämpfungsverhalten einer Nanoröhrchen-Matrix auf einem Titan-Substrat untersucht. Zur großen Überraschung der Forscher veränderten sich Schwingungs- und Dämpfungsverhalten deutlich, wenn die Nanoröhrchen mit Gasen oder Flüssigkeiten in Kontakt kamen. Die Veränderung dieser mechanischen Eigenschaften wiederum war für verschiedene Gase und verschiedene Flüssigkeiten jeweils unterschiedlich.

"Aufgrund der leicht messbaren Veränderungen der mechanischen Eigenschaften und deren kennzeichnenden Eigenschaft der Elemente sind die von uns untersuchten Nanoröhrchen als Sensoren für Gase und Flüssigkeiten sehr gut geeignet", fasst Prof. Dr. Stefan Mayr die Ergebnisse zusammen. Und weiter: „Die Nanoröhrchen reagieren zudem extrem sensitiv auf Moleküle fremder Stoffe, so dass bereits kleinste Mengen von Gasen oder Flüssigkeiten in der Umgebung feststellbar sind."

Für den Physikprofessor steht außer Frage, dass die von ihm und seiner Mitarbeiterin entdeckte Eigenschaft der Nanoröhrchen ihren Einsatz als Sensor, das heißt als "chemische Nase" für komplexe Gase und Flüssigkeiten, ermöglichen kann. Vorstellbar sei, Nanoröhrchen in Mikrochips zu integrieren und über das neu entwickelte Verfahren zum Beispiel die Umgebungsluft im Bereich verkehrsreicher Straßen, in Tunneln, im Umfeld von Industriebetrieben oder im Produktionsablauf zu kontrollieren.

Im Bereich der Medizin ist weiterhin der Einsatz in "Lab-on-a-chip"-Anwendungen möglich, zum Beispiel zur Untersuchung von Blutproben oder zur Kultivierung von Zellen. "Lab-on-a-chip" kann man in etwa mit Westentaschenlabor oder Chiplabor (Labor-auf-dem-Chip) übersetzen. Es bezeichnet ein mikroflüssiges System, welches die gesamte Funktionalität eines makroskopischen Labors auf einem nur plastikkartengroßen Kunststoffsubstrat unterbringt. Mit dieser Technologie lassen sich geringste Mengen (wenige Picoliter Billionstel) bis Milliliter einer Flüssigkeit auf einem einzigen Chip vollständig und automatisch analysieren.

Der Transport der Proben zwischen den verschiedenen Reaktions- und Analysekammern würde dann mit Hilfe der Nanoröhrchen stattfinden (die Red.). All diese Einsatzmöglichkeiten sind denkbar, aber zum jetzigen Zeitpunkt noch Zukunftsmusik. Für eine Realisierung ist noch viel Forschung und Entwicklungsarbeit notwendig", schränkt Prof. Dr. Stefan Mayr jedoch ein. Nanoröhrchen aus Titandioxid sind seit einigen Jahren Gegenstand intensiver Forschung. Bisher fokussierte sich die Forschung für ihre Einsätze in der Biomedizin vor allem auf ihre Biokompatibilität. Die Nanoröhrchen, die sich wie ein winziges Wabengitter auf Titanimplantate ätzen lassen, verleihen den üblicherweise glatten Metallen eine poröse Oberfläche und ermöglichen somit eine bessere Haftung von Zellen am Implantat.

Das TRM Leipzig wurde im Oktober 2006 mit dem Ziel gegründet, neuartige Diagnostik- und Therapieformen der regenerativen Medizin zu entwickeln, zu evaluieren und in die klinische Anwendung zu überführen. Die Arbeit des Zentrums wird durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) und den Freistaat Sachsen gefördert. Nach einer international ausgerichteten Evaluierung im Jahr 2010 beginnt im April 2011 die zweite Förderphase des Zentrums. Die Forschung in der regenerativen Medizin, einem relativ jungen Zweig der Biomedizin, ist darauf fokussiert, Selbstheilungsprozesse des menschlichen Körpers zu erkennen und darauf aufbauend neue Diagnose- und Behandlungsverfahren zu entwickeln.

www.trm-leipzig.de