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Nanomotoren sind die Zukunft der Medizin
Zuletzt überprüft: 02.07.2025
Verschiedene Nanogeräte könnten einen echten Durchbruch in der Medizin darstellen. Es gibt bereits heute eine Reihe solcher Miniaturgeräte, doch eine effektive Energiequelle für solche Geräte wurde bisher nicht entwickelt. Wissenschaftler aus Cambridge haben diese Lücken in diesem Bereich geschlossen und Miniaturmotoren vorgestellt, die mit einer externen Lichtquelle betrieben werden.
Die Funktionsweise des Nanomotors ähnelt der einer Feder. Der Motor selbst besteht aus Goldnanopartikeln, die von einer polymergelartigen Substanz gehalten werden, die auf Temperaturschwankungen reagiert. Wird die Substanz durch einen Laser erhitzt, verdunstet aktiv Feuchtigkeit, die Substanz beginnt zu schrumpfen (als würde sie federn). Dadurch sammelt der Nanomotor Lichtenergie und speichert sie. Nach dem Abschalten der Lichtquelle – in diesem Fall des Lasers – beginnt die Substanz abzukühlen und aktiv Feuchtigkeit aufzunehmen. Die gespeicherte Energie wird dadurch freigesetzt, und die Goldpartikel verstärken die Wirkung der erzeugten Kraft.
Die von Cambridge-Spezialisten entwickelten Geräte lassen sich mit den winzigen U-Booten aus dem Film „Die phantastische Reise“ vergleichen, in dem Mini-U-Boote durch den menschlichen Körper fuhren, um ein Blutgerinnsel aus den Gefäßen zu entfernen. Darüber hinaus verfügen Nanomotoren im Verhältnis zu ihrem Eigengewicht über eine recht hohe Kraft und können wie Ameisen große „Lasten“ bewegen.
Die Entwickler weisen darauf hin, dass die Ausdehnung der Substanz nach dem Ausschalten der Lichtquelle extrem schnell erfolgt, vergleichbar mit einer mikroskopischen Explosion. Dieser Effekt wird durch bestimmte Kräfte verursacht, die zwischen den Molekülen der Substanz entstehen. Solche Kräfte sind auf mikroskopischer Ebene recht stark ausgeprägt, während sie unter normalen Bedingungen kaum auftreten. Experten stellten fest, dass es genau diese Kräfte sind, die Geckos helfen, sowohl vertikale als auch kopfüber zu erklimmen – Milliarden kleiner Härchen an der Oberfläche ihrer Gliedmaßen helfen ihnen dabei.
Wie bereits erwähnt, speichert der Nanomotor Lichtenergie, die größtenteils in Anziehungsenergie zwischen Gelmolekülen und Goldpartikeln umgewandelt wird. Wird die Anziehungsenergie gebrochen, ist die Freisetzungskraft durch Gold um ein Vielfaches größer als bei konventioneller Kompression des Materials. Wissenschaftlern zufolge besteht der Nachteil des heutigen Nanomotors darin, dass die Energie gleichzeitig in alle Richtungen freigesetzt wird. Die Forschergruppe konzentriert sich nun darauf, den Energiefluss in eine gewünschte Richtung zu lenken.
Wenn es den Wissenschaftlern gelingt, den Fluss der freigesetzten Energie in Nanomotoren zu kontrollieren, könnten solche Geräte zur Steuerung von Nanobots eingesetzt werden, die Medikamente an betroffene Organe oder Bereiche abgeben, sowie für ferngesteuerte Instrumente bei der Mikrochirurgie.
Das Team aus Cambridge entwickelt derzeit nanomotorbasierte gesteuerte Pumpen und Ventile für Chips, die in Biosensoren und Diagnosegeräten zum Einsatz kommen.
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