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Bericht vom 37. Dresdner VDI Abend "Die kleinsten Maschinen baut die Natur"

Bericht vom 37. Dresdner VDI Abend

„Die kleinsten Maschinen baut die Natur – Wie analoge Nanosysteme für Antriebe und bewegliche Sensoren konstruiert werden können“

 

Zum 37. Dresdner VDI-Abend konnte Herr Prof. Dr. Christian von Borczyskowski (TU Chemnitz, Institut für Physik) zu o.g. Thematik begrüßt werden.

Vor dem Vortrag wurde Herrn Dr. Norbert Rauch die Ehrennadel für 25jährige Mitgliedschaft im VDI überreicht, die er dankend mit einem Rückklick auf sein ereignisreiches Leben entgegennahm.

 

Die rund 65 Teilnehmenden folgten anschließend Herrn Prof. von Borczyskowski in die Welt des Mikro- und Nanokosmos, in die Wirkungsweise molekularer Aktionen in unseren Zellen. Die komplizierte Struktur der Moleküle ist nicht immer vollständig bekannt, aber die weitergehende Forschung auf diesem Gebiet ist wichtig für das Verständnis der Abläufe.

Beginnend mit der Wirkungsweise unserer Muskelfasern erläuterte von Borczyskowski deren kleinste Einheiten: die Sarkomere. Sie bestehen aus verschiedenen Proteinen, die sich zu langen Ketten zusammensetzen und aufgrund chemischer Reaktionen ein Zusammenziehen und Entspannen im Nanometerbereich ermöglichen. Die anschaulich gestalteten kurzen Videos zur Wirkungsweise der Sarkomere ließen dabei in der Tat Analogien zur Mechanik erkennen, verblüffend die auf chemischen oder physikalischen Triebkräften beruhende Wirkungen der sich selbst organisierenden quasi-mechanischen Maschinen.

Der „Brennstoff“, der diese Reaktionen ermöglicht, ist das ATP (Adenosintriphosphat). Bei einer Muskelkontraktion zerfällt das ATP in ADP (Adenosindiphosphat) und ein freies Phosphat. Dabei wird Energie freigesetzt und Wärme erzeugt. Eine „Aufarbeitung“ des ADP wieder in den Brennstoff ATP erfolgt mittels Wasser und Anlagerung eines Phosphates. Somit erfolgt in einer Zelle - vereinfacht gesagt - die Wiederherstellung, das „Recycling“ des eigenen Brennstoffes.

Nachweismethoden für diese Abläufe sind beispielsweise optische Prinzipien, wie die optische Detektion einzelner Moleküle. Als Beispiel für diese hochauflösenden Verfahren erläuterte der Referent die Infiltration eines Virus in eine Zelle.

Die Forschung dringt immer weiter in diesen Mikro- und Nanokosmos vor. Ziel ist es, die komplexe Interaktion biologischer Systeme in Organismen besser zu verstehen und diese irgendwann modellieren oder gar komplett initiieren und beeinflussen zu können. Eine der wichtigsten Anwendungen ist auf medizinischem Gebiet. Denn damit könnten Medikamente in sehr geringen Dosierungen punktgenau in die Zellen transportiert und dort zur Wirkung gebracht werden. Der Transport erfolgt in Micellen durch Transportproteine, sog. Microtubuli, und dies wird bereits erprobt. Damit ist eine gerichtete molekulare Bewegung möglich, die mittels äußerer Einflüsse wie Ultraschall oder Magnetfeldern noch unterstützt wird.

Aber auch für die Entwicklung von sogenannten „smart materials“ sind die Erkenntnisse aus der Biochemie von Bedeutung. Smart materials sind Materialien, die auf äußere Einflussnahme wie Temperatur, Druck, Magnetfelder, pH-Wertänderung o.a. reagieren und daraufhin ihre Eigenschaften ändern. Deren Anwendbarkeit auf technische Prozesse kann zu neuen Technologien führen. Die Forschungsfelder auf diesem Gebiet der Materialwissenschaften haben in den vergangenen Jahren ebenfalls große Fortschritte gemacht.

Die für die Teilnehmerinnen und Teilnehmer an dieser hochinteressanten Vortragsveranstaltung neuen Erkenntnisse wurden vor allem auch durch die anschaulichen Fotos und Videoanimationen sehr verständlich erläutert und zeigten das Ineinandergreifen der verschiedenen Naturwissenschaften, vor allem der Chemie und Biochemie, sowie der physikalischen Analytik mit der Technik.  

Wir danken Herrn Prof. Dr. Christian von Borczyskowski für seine erkenntnisreichen Ausführungen!

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