Nanotechnologie wird als Schlüsselbegriff für Forschung und Entwicklung im angefangenen Jahrhundert gesehen. Was steckt dahinter?
Nanotechnologie ist keine neue Disziplin, sondern eher ein neuer Standpunkt. Es wird versucht, einerseits Materialien in immer kleineren Dimensionen, bis zu wenigen Nanometern, gezielt zu gestalten, anderseits von einzelnen Molekülen ausgehend molekulare Funktionseinheiten aufzubauen. Dies verlangt eine besondere Infrastruktur und neue Methoden. Zur Herstellung einer genügenden Anzahl Nanostrukturen wird die Elektronenstrahl-Lithographie, verbunden mit Replikationsverfahren, eingesetzt. Biofunktionalisierte Materialoberflächen können bis zu einer Auflösung von einzelnen Molekülen mit Rastersonden-Methoden abgebildet werden. Mit solchen Methoden lassen sich auch neue Erkenntnisse gewinnen.
Als erstes Beispiel für den Einsatz der Rasterkraftmethode (atomic force microscopy, AFM) wird ein abgeschlossenes interdisziplinäres Grundlagenforschungs-Projekt vorgestellt. Die Frage wurde beantwortet, ob ein Zusammenhang zwischen der gemessenen Kraft von Ligand-Rezeptor-Bindungen und den entsprechenden thermodynamischen bzw. kinetischen Parametern der Komplexbildung besteht. Mittels aufwändigen biotechnologischen, physikalischen und chemischen Verfahren konnte an Einzelmolekülmessungen gezeigt werden, dass eine Korrelation zur kinetischen Rückreaktionsrate besteht. AFM wird in einem andern Projekt auch eingesetzt, nämlich zur Untersuchung mechanischer Eigenschaften von Mikroobjekten.
Als zweites Beispiel, wie (bio)chemische und materialtechnologische Verfahren gekoppelt werden können, wird ein neuartiger Neurochip vorgestellt. Auf einem Glaschip werden Goldmikro-Elektroden aufgebracht, mit denen sich einzelne dissoziierte Nervenzellen adressieren lassen. Weiter können Muster von spezifischen Adhäsionsmolekülen in Streifen von einigen Mikrometern Breite kovalent auf die Chips gekoppelt werden. Neuronen setzen sich nun gezielt an diese Moleküle, und ihre Ausläufer können in eine vorgegebene Richtung geleitet werden. Spezifische Adhäsionsproteine beeinflussen auch gezielt den Zellmembran-Materialkontakt und das Zellverhalten.
In Zukunft werden solche Projekte, in denen Partner aus verschiedenen Disziplinen eine gleichbedeutende Rolle spielen, vermehrt zur Lösung komplexer Fragestellungen beitragen.

Dr. Arie Bruinink
Team MaTisMed, EMPA St. Gallen
 
 
Leiterin EMPA Akademie
Dr. Anne Satir