Mikro-Labore steuern chemische Prozesse von innen
Reaktionen elektronisch kontrollieren
Autonome Mikro-Labore, so groß wie Zellen, die den menschlichen Körper von innen überwachen – noch ist das Fiktion. Aber einige grundlegende Schritte sind gemacht.
Als Labore auf einem Chip bezeichnet Prof. Dr. John McCaskill von der Ruhr-Universität Bochum die winzigen elektronischen Bauteile, die er gemeinsam mit zahlreichen Partnern in den vergangenen Jahren entwickelt hat. Der Forscher der Fakultät für Chemie und Biochemie leitet das EU-Projekt „Microscopic Chemically Reactive Electronic Agents“.
Ziel des internationalen Teams ist es, chemische Reaktionen nicht mit großen Interface-Strukturen von außen zu steuern, sondern die Prozesse von innen heraus elektronisch zu kontrollieren. „Man muss sich nur vorstellen, was ein Chemiker alles machen könnte, wenn er so klein wie eine Zelle wäre“, sagt McCaskill.
Elektroden steuern Chemie über Spannungssignale
Die im Projekt konzipierten Mikro-Labore, auch Lablets genannt, sind derzeit gerade einmal 140 mal 140 mal 60 Mikrometer groß. Sie können verschiedene chemische Reaktionen in wässriger Lösung steuern oder Informationen aus ihrer Umgebung aufnehmen. Für diesen Zweck besitzen sie winzige Elektroden.
Eine Spannung, die an der Elektrode anliegt, kann die Energie liefern, die es braucht, um eine chemische Reaktion in Gang zu setzen. Unterschiedliche Spannungen starten unterschiedliche Reaktionen – welche hängt unter anderem von den in der Umgebung verfügbaren Molekülen ab.
Für die Mikro-Labore haben die Forscher einen Super-Kondensator entwickelt, der aktuell 20 Minuten lang eine autarke Stromversorgung ermöglicht. Zum Aufladen und zwecks Programmierung müssen die Lablets derzeit an eine smarte Oberfläche binden.
Mikro-Labore sollen zur Evolution fähig sein
Bei der Konzeption der Lablets haben sich die Chemiker das ein oder andere von der Natur abgeschaut. Prinzipiell sind sie so angelegt, dass sie ihre Programmierung auf andere Einheiten übertragen können, indem sie eine Sequenz von Spannungssignalen weitergeben. Eines Tages sollen sich die Lablets selbstständig zu Paaren zusammenfinden können und fähig zur Evolution sein. Mit Hochdruck arbeitet das Projektteam nun daran, alle entwickelten Funktionen in einem einzigen Mikro-Labor zu integrieren.
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