Montagelinie im Nano-Format

Kleinste biologische Röhrchen, sogenannte Mikrotubuli, dienen in der Nano-Montagelinie als Transporter für die Montage mehrerer molekularer Objekte. «Damit wäre es möglich, gezielt neue komplexe Stoffe oder Materialien zusammenzubauen», unterstreicht ETH-Nanobiologin Viola Vogel.

Dreimal dünner als ein Haar

Das Prinzip ist vergleichbar mit Fertigungslinien im Auto- und Flugzeugbau. Denn bei der molekularen Montagelinie kommen alle Elemente einer Fertigungsstrasse vor: Ein beweglicher Montageträger und ein Montageobjekt, zu verbauende Teile, die an verschiedenen Stationen montiert werden; dazu ein Antrieb für den Montageträger inklusive Treibstoff, damit der Montageträger mit dem Objekt von einer zur nächsten Fertigungsstation gelangen kann.

Die Montagelinie ist als mikrofluidische Plattform ausgelegt, in die eine wässrige Lösung gepumpt wird. Diese Plattform ist eine Art Kanalsystem. Der Hauptkanal ist 30 Mikrometer breit und damit rund dreimal dünner als ein menschliches Haar. In ihn münden mehrere Zu- und Abflüsse.




Entwickelt wurde die Plattform von Vogels Doktorand Dirk Steuerwald. Hergestellt wurde der innovative Prototyp im Reinraum von IBM Research - Zurich in Rüschlikon.

ATP als «Wunder-Treibstoff»

Das Kanalsystem wurde mit einem Teppich aus Kinesin ausgekleidet, da es zwei bewegliche Köpfe hat, deren Bewegung durch das energiereiche Molekül ATP zustande kommt. ATP ist in diesem künstlichen System der Treibstoff. Als Montageträger dienten Mikrotubuli, die in Zellen gemeinsam mit Kinesin den Warentransport bewältigen. Kinesin kann mit seinen beweglichen Köpfen an die Mikrotubuli binden und durch die Bewegung die Mikrotubuli fortbewegen.

Unterstützt wird diese Fortbewegung durch die Strömung der ins Kanalsystem eingepumpten Flüssigkeit. Fünf Zu- und Abflüsse sorgen für eine gerichtete Strömung im Hauptkanal und teilen diesen zugleich in scharf voneinander abgesetzte Segmente ein, die sich nicht mischen: einen Landebereich, in welchen die Montageträger eingesetzt werden, zwei Montagestationen und zwei weitere Bereiche als Endstationen, wo das Produkt ausgeliefert wird.

Obwohl das ETH-Team nun einen lang gehegten Traum verwirklicht hat, gibt sich Vogel noch vorsichtig: «Das System steht erst am Anfang, von einer technischen Anwendung sind wir weit entfernt.» Sie hätten hier erst bewiesen, dass das Prinzip funktioniere. «Das System muss künftig weiter optimiert werden», ergänzt Vogel. Details zum Forschungsprojekt sind im Fachmagazin «Lab on a Chip» der Royal Society of Chemistry nachzulesen.