Auf dem Weg zum Nanoroboter

In der Motorentechnik ist die Natur dem Menschen immer noch überlegen, etwa in Sachen Effizienz und Miniaturisierung. Das kleinste natürliche Motoraggregat ist nur einige Dutzend Nanometer (millionstel Millimeter) groß. Bei ihm handelt es sich um die schraubenähnliche Antriebseinheit eines Bakteriums.

Peer Fischer, Professor für Physikalische Chemie an der Universität Stuttgart, ist fasziniert von den Antriebsmechanismen im Mikrokosmos der Natur. Seine Vision: In Zukunft sollen kleine künstliche Gebilde von der Größe einer Blutzelle im Körper des Menschen medizinisch tätig werden können. Fischer spricht vom „Brainbot“, einem Nanoroboter, der gehirnchirurgisch eingreifen kann.

Nanoroboter, die wie ein U-Boot durch den Blutkreislauf schwirren, standen vor ein, zwei Jahrzehnten hoch im Kurs der Wissenschaft. Vom Zusammenschieben von Atomen mit der Spitze eines Rasterkraftmikroskops – was dem heutigen Stand der Technik entspricht – bis zu einem motorisierten Nanogefährt ist es allerdings ein weiter Weg. Viele Forscher winken inzwischen beim Nanoroboter ab: zu kompliziert, zu ambitioniert.

Andere nähern sich dem Problem schlicht wissenschaftlich, indem sie es in kleinere Portionen aufteilen: Wie baue ich einen Nanoroboter zusammen – und aus welchen Teilen? Wo kommt die Energie her? Wie kommunizieren die Roboter mit der Umgebung und vielleicht sogar untereinander? Und wie bewegen sich die Roboter fort?

Peer Fischer ist nicht nur Professor an der Universität Stuttgart, sondern forscht auch am Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme. Dessen Mitarbeiter befassen sich mit technischen Systemen, die sich angepasst und situationsgerecht verhalten können, etwa in der Blutbahn. Für die vielfältigen Konstruktionsideen auf Nanoebene gibt es keine Fabrikationsmethoden. Eine Frage betrifft das Fortbewegungsmedium. Wie manövriert man am besten durch Wasser oder eine biologische Flüssigkeit? Für ein Bakterium ist Wasser so zäh wie für einen Menschen Bienenhonig. Die Natur kam auf die Ideen von Geißeln oder Schrauben. Und die haben Fischer und seine Kollegen als Erstes nachgebaut.

Auf einen Siliziumuntergrund tragen sie zunächst völlig geordnet Milliarden kleiner Goldtröpfchen auf. Die Scheibe stellen sie in einen Dampfstrahl von Metallatomen oder anderen chemischen Elementen. Treffen Atome auf das Gold, bleiben sie haften. Da die Forscher die Rückseite der Substratscheibe mit Flüssigstickstoff auf unter minus 170 Grad Celsius kühlen, erstarren die Atome wie schockgefroren an Ort und Stelle auf dem Substrat. Langsam lassen die Wissenschaftler über den Goldinselchen Strukturen wachsen. Durch das Verdrehen der Scheiben können sie verschiedene geometrische Bauformen schaffen: Säulen, Haken, Schrauben.

Für konkrete Anwendungsszenarien ist es noch zu früh. Eine Idee zur minimalinvasiven Chirurgie lässt sich Fischer indes entlocken. Mit einer Spritze könnte eine Nanoroboterschraube in den Augapfel injiziert werden. Hinter der Netzhaut könnte sie chirurgisch eingesetzt werden.