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06.01.2003

10:35 Uhr

Mikroben umgarnen Nanoteile

Wissenschaftler spannen Bakterien in der Nanotechnik ein

VonSABINE UNGER

Biochemiker lassen Bakterien spinnen: Um winzige Chips zu bauen, Oberflächen zu beschichten oder Wundheilungen zu beschleunigen, spannen die Forscher Mikroben ein. Deren Maßanfertigungen aus Cellulose sollen künftig auch Ersatzmaterial für Blutgefäße oder Hüllen für Nervenbahnen liefern.

DÜSSELDORF. Cellulosefäden von Bakterien sollen künftig Nanomaschinen ummanteln und zur Konstruktion von Biochips eingesetzt werden: Biochemiker vom japanischen Forestry and Forest Products Research Institute in Ibaraki machen sich zu Nutze, dass bestimmte Mikroben bei ihrer Fortbewegung feinste Cellulosefäden abgeben und setzen diese zum Bau von Nanostrukturen ein.

Als Produzent der natürlichen Fäden wird das Bakterium Acetobacter Xylinu m seit langem weltweit erforscht. Die Mikroben besitzen parallel zu ihrer Längsachse kleine Porenreihen, aus denen sie kleine Cellulose-Kristalle ausscheiden, die sich zu einem festen, dünnen Faden - so genannten Mikrofibrillen - zusammenlagern. Mehrere dieser etwa 500 Nanometer (500 millionstel Millimeter) dünnen Fäden bilden charakteristische Bänder, die nur in hochauflösenden Lichtmikroskopen betrachtet werden können.

Knapp fünf Mikrometer (fünf tausendstel Millimeter) legen die Mikroben pro Minute zurück, was immerhin ihrer eigenen Größe entspricht. An den Fäden stoßen sich die flinken Winzlinge ab und bewegen sich, auf Grund ihrer Porenanordnung, spiralförmig vorwärts, wobei das Celluloseband hinter dem Bakterium herzieht - wie der Schweif hinter einem Herbstdrachen.

Das Forscherteam um Tetsuo Kondo hat die Mikrobe nun dazu gebracht, geordnete Strukturen, quasi als mikrobielle Maßanfertigung, zu erzeugen. Als Orientierungshilfe boten die Forscher dem Bakterium einen 0,5 Nanometer feinen und gestreckten Cellulosefaden, den sie auf einer Kupferoberfläche anbrachten, sowie winzige Rillen, die sie in die Kupferoberfläche geprägt hatten. Sobald Mikroben auf diese Vorlagen stießen, bewegten sie sich entlang der vorgeschriebenen Richtung, verstärkten den Faden und sonderten in den Rillen Cellulosebänder ab. "Diese Bauarbeiterbakterien könnten künftig mit den entsprechenden Vorlagen feinste Nanostrukturen anfertigen", sagt Kondo.

Das glaubt auch Gerhard Wenz: der Chemieprofessor an der Universität des Saarlandes will die wandernden Mikroben vor allem beim Bau von Biochips einsetzen. Weil Zellulose biologisch abbaubar ist, entwickelt das japanische Team derzeit gentechnisch veränderte Varianten des Bakteriums, die stabilere Fäden produzieren, um Oberflächen molekularer Maschinen dauerhaft zu beschichten.

Chemiker der Friedrich-Schiller Universität - in Jena wollen die Bakteriencellulose demnächst auch bei mikrochirurgischen Operationen einsetzten und als Grundgerüst für nachwachsende Zellen nutzen. "Wir können so Celluloseketten, kleinste Hohlfasern und stabile Vliese herstellen, die biologisch verträglich sind und Wasser aufnehmen, ohne sich aufzulösen", sagt Chemieprofessor Dieter Klemm. Die winzigen Schläuche seien hervorragend als Weichgewebe-Implantate geeignet, etwa als Ersatzmaterial für Blutgefäße oder als Nervenumhüllungen.

"Weil Ersatzgefäße aus Teflon nicht mit einem so kleinen Durchmesser hergstellt werden können und die Celluloseschläuche eine so glatte innere Seite haben, wie sie nur bei organischen Gefäßen existiert, wären diese auch für die Gesichtschirurgie die erste Wahl", bestätigt Dieter Schumann, Direktor der Jenaer Uni-Klinik für Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie die Einschätzung der Jenaer Forscher.

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