Biochemiker der Universität Leipzig haben in jahrelanger Forschungsarbeit ein ausgeklügeltes, elektrisch steuerbares Nanoventil entwickelt, das künftig chemische Synthesen oder auch diagnostische Methoden auf dem Chip vereinfachen könnte.
Die Wissenschaftler der Forschergruppe von Prof. Andrea Robitzki um Projektkoordinator Dr. Heinz-Georg Jahnke vom Biotechnologisch-Biomedizinische Zentrum (BBZ) verwendeten dafür als Grundlage nanoporöses keramisches Aluminiumoxid und brachten darauf eine leitfähige Kunststoffmischung auf.
Deren Poren haben eine besondere Fähigkeit: Stehen sie unter negativer beziehungsweise positiver Spannung, lassen sie sich gezielt verschließen und wieder öffnen. Dieser Effekt könnte für zahlreiche Anwendungsgebiete genutzt werden. Die BBZ-Forscher haben ihre Erkenntnisse kürzlich in dem renommierten Fachjournal „Nanoletters“ veröffentlicht.
„Wir haben in unseren Experimenten die Nanoventile über 72 Stunden aller zwei Stunden geöffnet und geschlossen – das alles durch elektrische Steuerung“, erklärt Jahnke, der wissenschaftliche Koordinator des Projekts. Diese winzigen „Molekularsiebe“, die tausendmal dünner als ein Haar sind, können – je nach späterer Anwendung – in der Größe frei angepasst werden. Das Prinzip ist immer das gleiche: Legt man negative Spannung an, schwillt der Kunststoff und verschließt die Poren; bei positiver Spannung zieht sich der Kunststoff wieder zusammen und die Poren werden wieder geöffnet.
„Die Schwierigkeit bestand darin, den Kunstsoff so auf das Aluminiumoxid zu bringen, dass dieser Effekt entsteht. Für die Entwicklung haben wir fünf Jahre gebraucht“, berichtet der Forscher, der in dem Projekt unter anderem mit Christoph Prönnecke, dem Erstautor des Artikels, zusammengearbeitet hat.
Genutzt werden könnten ihre Forschungsergebnisse unter anderem für die gesteuerte Freisetzung von Wirkstoffen in intelligenten Implantaten, etwa bei Hochrisikopatienten für Schlaganfall oder Herzinfarkt. Erkennt das Implantat eine dieser lebensbedrohlichen Situationen, werden über ein elektrisches Signal, die Nanoventile, geöffnet und ein Notfallmedikament kann je nach Bedarf dosiert an den Körper abgegeben werden. Denkbar wäre auch ein Einsatz bei chemischen Synthesen auf sogenannten miniaturisierten Chiplaboren mit komplexen Aufreinigungs und Analysesystemen.
Originaltitel der Veröffentlichung in „Nanoletters“:
„Electrically Switchable Monostable Actuatoric Polymer-Based Nanovalve Arrays with a Long-Term Stability“; Doi: 10.1021/acs.nanolett.8b02738
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