Nanoturbine aus DNA-Material

Mit Hilfe der DNA-Origami-Technologie hat ein internationales Forschungsteam eine Nanoturbine entwickelt. Eingesetzt in winzige Poren auf einer Membran in Lösung wird sie vom Konzentrationsunterschied auf den beiden Seiten der Membran angetrieben und kann mechanische Arbeit verrichten.

Von der Windmühle bis hin zum Flugzeug machen strömungsgetriebene Turbinen viele technische Errungenschaften erst möglich. Auf Zellebene sind Turbinen lebensnotwendig, zum Beispiel als Bestandteil des Proteins, das Energie in Form von ATP produziert, der ATP-Synthase. Solch winzige Motoren und Turbinen nachzubauen, war bisher jedoch schwierig.

2022 konnten Forscher:innen unter Leitung der Technischen Universität München (TUM) erstmals einen elektrischen Nanomotor bauen. Nun folgt eine Nanoturbine aus DNA-Material, eine Entwicklung eines internationalen Teams unter Beteiligung von Wissenschaftler:innen des Munich Institute of Biomedical Engineering (MIBE) der TUM.

Konstruiert haben die Forschenden die Turbinen ebenfalls mit Hilfe der DNA-Origami-Technologie. Je nach Konfiguration – links- oder rechtsdrehend – haben sie einen Durchmesser von 27 oder 25 Nanometern. Die Nanoturbinen werden in winzigen Poren einer Membran in Lösung platziert. Es gibt zwei Möglichkeiten, um sie anzutreiben: durch ein elektrisches Feld oder durch einen Unterschied in der Salzkonzentration auf den unterschiedlichen Seiten der Membran. Abhängig von ihrer Konfiguration und der Ionenkonzentration der Umgebung bewegen sie sich im oder gegen den Uhrzeigersinn.
Unter physiologischen Bedingungen läuft die Turbine von selbst – elektrochemisches Potenzial wird in mechanische Arbeit übersetzt. So eröffnen die DNA-Nanoturbinen neue Möglichkeiten in der Robotik auf Nanoebene.