trend stories #24

Quelle: Edward Jenner auf pexels

Die Natur ist die beste Ingenieurin.

Ein Paradebeispiel für diese Aussage ergibt sich durch die Betrachtung des menschlichen Gehirns. Während die derzeit Leistungsfähigsten Computer mit über 20 Millionen Watt laufen, so benötigt das menschliche Gehirn lediglich 20 Watt und arbeitet somit weitaus effizienter.

Das Forschungsfeld des Bioengineerings hat es sich zur Aufgabe gemacht, die Raffinesse biologischer Systeme für menschliche Zwecke nutzbar zu machen. Dafür vereint Bioengineering die Disziplinen der Naturwissenschaften mit dem Ingenieurswesen und erschließt die verschiedensten Anwendungsmöglichkeiten auf Basis organischer Materie.

Der Ansatz bietet ein breites Spektrum an Einsatzgebieten, wie beispielsweise das der Medizin, der Robotik oder der Energieforschung. Welche konkreten Projekte und Innovationen derzeit im Gespräch sind, schauen wir uns in der heutigen Ausgabe der Trend Stories an.

Forscher:innen der Birmingham University ist es gelungen, eine Biobatterie auf Basis von Bakterien zu entwickeln, die über einen Zeitraum von mehreren Wochen laufen kann. Die Batterie besteht aus drei vertikal angeordneten Kammern. In der oberen produziert ein photosynthetisches Bakterium organisches Futter, von dem sich die Bakterien darunter ernähren. In der unteren Kammer befindet sich das Elektrizität erzeugende Bakterium, während das in der Mitte einige Chemikalien produziert, die den Elektronentransfer optimieren.

Quelle: Qimono auf pixabay

Während das Grundprinzip einer Batterie, die durch Bakterien betrieben wird, nicht neu ist, ist es vor Allem die Laufzeit, die diese Erfindung so bemerkenswert macht. Bisher beschränkte sich die Lebensspanne solcher Batterien auf wenige Stunden, was die Einsatzmöglichkeiten in der Praxis stark einschränkte.

Ein weiterer Vorteil dieser Biobatterie ist, dass mehrere von ihnen zusammengeschaltet werden können, wodurch Volt- und Amperezahl variabel sind, was wiederum ein größeres Spektrum an Verwendungszwecken ermöglicht. Laut dem Erfinder, Professor Choi, soll die Technologie in Zukunft besonders auf dem Gebiet der künstlichen Intelligenz zum Einsatz kommen, bei dem kleine, ständig aktive Geräte langfristig mit Strom versorgt werden müssen. So ist, neben einer verbesserten Robustheit, eine seiner Hauptbestrebungen, die Batterien noch kleiner zu machen.

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Forscher:innen des MIT haben Mikropartikel entwickelt, die mit Stoffen beladen und dann so eingestellt werden können, dass sie ihre Ladung zu unterschiedlichen Zeitpunkten freigeben. So könnten die Partikel beispielsweise mit Impfstoff beladen werden, der dann zu unterschiedlichen Zeitpunkten in den Körper gelangt, was letztlich wie eine Booster-Impfung wirkt.

Quelle: rfstudio auf pexels

Laut den Entwicklern ähneln die Mikropartikel kleinen Kaffeebechern, die mit einem Deckel verschlossen sind. Dieser zersetzt sich nach einer vorher bestimmbaren Zeit, woraufhin der Inhalt freigegeben wird. Die Technik könnte besonders bei Kinderimpfungen in Regionen nützlich sein, in denen kein regelmäßiger Zugang zu medizinischen Einrichtungen besteht.

Zudem soll das Transportsystem soll für alle Arten von Impfstoffen kompatibel sein und prinzipiell auch zur Verabreichung von Medikamenten genutzt werden können. Das würde besonders in der Krebs- oder Hormontherapie einen großen Mehrwert bieten. Derzeit wird die Technik anhand einer Polio-Impfung an Tieren getestet.

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Das Israelische Unternehmen Wilk hat ein Verfahren entwickelt, bei dem Milch im Labor hergestellt werden kann. Dafür werden zunächst Zellen aus dem Brustdrüsengewebe von Menschen oder Tieren entnommen. Anschließend werden die milchproduzierenden Zellen isoliert und in Bioreaktoren kultiviert. Mithilfe dieser Zellen können dann Milch und daraus wiederum alle möglichen Milchprodukte hergestellt werden.

Quelle: Pasita Wanseng auf pixabay

Durch diese Verfahrensweise entsteht echte Milch, jedoch ohne die Nachteile, die mit der konventionellen Produktion einhergehen. So verbraucht die von Wilk hergestellte Milch beispielsweise weitaus weniger Wasser, es entsteht kein Methan durch die Haltung von Kühen und das Tierwohl wird geschützt.

Zudem kann die Milch personalisiert, also bezüglich der enthaltenen Nährstoffe an verschiedene Anwendungsgebiete angepasst werden. Unter anderem ist es dem Unternehmen kürzlich gelungen, das in Muttermilch enthaltene Protein Lactoferrin herzustellen, womit sie einem ihrer Ziele, menschliche Muttermilch mit all ihren Inhaltsstoffen herzustellen, ein Stück nähergekommen sind.

Zur Milch aus dem Labor

Forschern der TU München ist es gelungen, einen molekularen Elektromotor herzustellen. Somit konnte zum ersten Mal ein Rotationsmotor in Nanogröße gebaut werden, dessen mechanische Eigenschaften annähernd denen natürlicher molekularer Motoren, wie beispielsweise der ATP-Synthase, ähneln.

Quelle: Arek Socha auf pixabay

Für den Herstellungsprozess wurde die Methode des “DNA-Origami” verwendet, wodurch sich der Motor quasi selbst zusammensetzt. Er besteht aus Sockel, Plattform und Rotor-Arm, der bis zu 500 Nanometer lang sein kann, während der Sockel um die 40 Nanometer misst.

Durch Anlegen einer Wechselspannung rotiert der Rotor-Arm mit konstanter Geschwindigkeit in eine bestimmte Richtung. Diese Parameter können über die Stärke der Spannung, sowie die Feldrichtung adjustiert werden. Mithilfe des Nanomotors könnten zum Beispiel chemische Reaktionen, nach dem Prinzip der ATP-Synthase, angetrieben werden.

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