Nanoröhrchen mit Bio-Triebwerk

Niederländischen Chemikern ist es gelungen, einen Antrieb aus rein biologischen Komponenten zu konstruieren. Die Forscher spickten winzige Röhrchen aus Kohlenstoff mit zwei Enzymen, die letztlich die Oxidation von Traubenzucker bewerkstelligen. Bei diesem Prozess entstehen feinste Sauerstoffbläschen, die die Röhrchen vorwärts treiben.

Der Effekt sei umso überraschender, als der Prozess unter dem Strich Sauerstoff verbrauche, schreiben die Forscher um Ben Feringa von der Universität Groningen im Fachblatt “Chemical Communications”. Die neuen Resultate belegten, dass Konstrukte aus mehreren, eng an eng arbeitenden Enzymen “thermodynamisch unerwartete Funktionen zeigen können”.

Bereits früher waren “Minischwimmer” auf Basis von Nanoröhrchen oder Metallen vorgestellt worden, die mit Wasserstoffperoxid als Treibstoff arbeiten. Da diese Verbindung allerdings sehr reaktionsfreudig und damit im praktischen Einsatz nur schwer kontrollierbar ist, wählten Feringa und Kollegen einen alternativen Ansatz und spickten bis zu 80 Nanometer dicke Kohlenstoff-Nanoröhrchen mit den Enzymen Glukoseoxidase und Katalase.

Ersteres katalysiert die Oxidation von Glukose (Traubenzucker) mit Hilfe von Sauerstoff. Erst dabei entsteht unter anderem Wasserstoffperoxid, aus dem das zweite Enzym einen Teil des ursprünglich eingesetzten Sauerstoffs wieder freisetzt. Das geschieht dermaßen schnell, dass die Sauerstoffkonzentration in der Umgebung der Nanoröhrchen trotz des Nettoverbrauchs stellenweise rapide steigt.

Die wachsenden Sauerstoffbläschen schieben die Röhrchen mit bis zu 0,8 Zentimetern pro Sekunde vor sich her – derzeit allerdings noch mit häufigen Richtungswechseln. Diesem planlosen Torkeln könnte man beikommen, indem man die Nanoröhrchen nur an einem Ende mit Enzymen spickt oder mehrere von ihnen zu einer Art Rumpf zusammensetzt, hoffen die Forscher.

Forschung: Davide Pantarotto, Wesley R. Browne und Ben L. Feringa, Department of Organic Chemistry, Stratingh Institute for Chemistry und Zernike Institute for Advanced Materials, Rijkuniversiteit Groningen, Groningen

Veröffentlichung Chemical Communications, DOI 10.1039/b715310d

WWW:
The Feringa Group, Uni Groningen
Biologische Nanomaschinen
Glukoseoxidase, Katalase

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