Entwicklung eines modularen Nanoroboters nach dem Prinzip einer Mondrakete
Ein Forscherteam der Universität Basel hat einen innovativen Nanoroboter konzipiert, der aus zwei wiederverwendbaren Modulen besteht: einem Antriebs- und einem Nutzlastmodul. Diese Module verbinden sich autonom und ermöglichen vielfältige Anwendungen in Medizin und Industrie.
Nanoroboter: Fortschritte und Einsatzmöglichkeiten
Nanoroboter sind winzige Maschinen, die zunehmend in den Bereichen Medizin, Umwelttechnik und Industrie erforscht werden. Anders als herkömmliche Roboter basieren sie nicht auf Elektronik oder Software, sondern auf Biomolekülen und Nanopartikeln. Sie bieten Potenzial, Wirkstoffe gezielt an spezifische Stellen im Körper zu transportieren.
Das Team um Prof. Dr. Cornelia Palivan von der Universität Basel stellt nun einen modular aufgebauten Nanoroboter vor, der sich flexibel an verschiedene Aufgaben anpassen lässt. Im Gegensatz zu bisherigen, meist auf eine Funktion spezialisierten Nanorobotern, kann dieses System vielseitig eingesetzt werden, unter anderem auch in der Umwelttechnik und industriellen Prozessen.
Aufbau und Funktionsweise des Nanoroboters
Der Nanoroboter besteht aus zwei Hauptkomponenten, die an eine Mondrakete mit mehreren Modulen erinnern. Das magnetisch steuerbare Antriebsmodul sorgt für die Bewegung, während das Nutzlastmodul als Kapsel für Wirkstoffe oder Enzyme dient und diese geschützt zum Ziel transportiert.
- Die Nutzlastkapsel enthält vier enzymbeladene Polymervesikel, die als schützende Nanocontainer fungieren.
- Durch Poren in den Vesikeln können Moleküle ein- und ausströmen, wodurch enzymatische Reaktionen möglich sind.
- Je nach Bedarf lassen sich die Vesikel gezielt öffnen, um Wirkstoffe freizusetzen.
Modulare Verbindung mittels DNA-Klettverschluss
Die beiden Module sind über einen molekularen «Klettverschluss» aus DNA-Strängen verbunden. Passende DNA-Sequenzen auf beiden Modulen ermöglichen ein selbstständiges und programmierbares Zusammenfügen sowie eine stabile Kopplung.
Zur gezielten Anheftung an bestimmte Zellen oder Materialien ist die Nutzlastkapsel mit zusätzlichen Biomolekülen ausgestattet. In Laborversuchen mit HeLa-Krebszellen konnte gezeigt werden, dass die Nanoroboter sich an den Zelloberflächen anreichern und dort enzymatische Wirkungen entfalten.
Gezielte Wirkstoffproduktion und Wiederverwendbarkeit
Beladen mit spezifischen Enzymen erzeugen die Nanoroboter einen Wirkstoff gegen Krebs, der die Lebensfähigkeit der HeLa-Zellen innerhalb von 72 Stunden auf 16 % reduzierte. Die lokale Konzentration des Produkts ermöglicht eine gezielte Wirkung an den Krebszellen.
Für Anwendungen außerhalb der Medizin, etwa in der Katalyse, ist die magnetische Steuerbarkeit des Antriebsmoduls von Vorteil, da die Nanoroboter nach Gebrauch eingesammelt und erneut verwendet werden können. Die Module lassen sich voneinander trennen, die Nutzlastkapseln neu befüllen und wieder zusammenfügen.
Ausblick und Bedeutung
Das modulare Design stellt einen bedeutenden Fortschritt für vielseitig einsetzbare Nanoroboter dar. Obwohl der klinische Einsatz am Menschen noch Zukunftsmusik ist, ermöglicht die einfache Anpassung der Nutzlastkapsel eine breite Übertragbarkeit auf verschiedene Anwendungsfelder.
Die Forschung erfolgte im Rahmen des NCCR Molecular Systems Engineering und des Swiss Nanoscience Institute in Zusammenarbeit mit der Universität Heidelberg.
Wissenschaftliche Kontaktperson
Prof. Dr. Cornelia Palivan
Universität Basel, Departement Chemie
Telefon: +41 78 774 39 21 (8:30–10:30 und 13:00–17:30)
E-Mail: cornelia.palivan@unibas.ch
(Sprachen: Deutsch, Englisch, Französisch)
Publikation
Voichita Mihali et al.
Multiplex Modular Nanorobotic Systems with Catalytic Activity under Magnetic Navigation
Advanced Functional Materials (2026)
https://doi.org/10.1002/adfm.202600079
Zusätzliche Informationen
Ein animiertes Video zum Nanoroboter ist verfügbar.
Weitere Details und die vollständige Medienmitteilung finden Sie unter:
https://www.unibas.ch/de/Aktuell/News/Uni-Research/Nanoroboter-Medizin-Industrie…
Bilder
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Illustration des Nanoroboters, der 150-mal kleiner als ein menschliches Haar ist.
Quelle: Marina Bräm, viz. bybraem / Universität Basel -
Der Nanoroboter haftet an Oberflächen und führt enzymatische Reaktionen durch.
Quelle: Marina Bräm, viz. bybraem / Universität Basel
