Nanomedizin und Nanotechnologie:
Zuerst einige Links zu diesem Thema:
http://www.foresight.org/Nanomedicine/
Kann man Atome atomgenau positionieren? Ja, schon lange.
http://www.deutsches-museum.de/sammlungen/meisterwerke/meisterwerke-ii/rastertunnelmikroskop/
Und kann man das auch mit den Atombindungen machen? Ja.
http://www.physics.uci.edu/~wilsonho/N0100.htm
Gibt es jemanden, der sich das genauer ueberlegt hat? Ja.
http://www.zyvex.com/nanotech/Habs/Habs.html
Einige Firmen:
http://www.3rdtech.com/NanoManipulator.htm
Grundlagenforschung:
http://malone.bioquant.uni-heidelberg.de/publications/pdf-files/Rippe_Bioforum_97.pdf
http://www.cs.unc.edu/Research/nano/
http://www.vi-anec.de/Hardware/HW07/HW07-home.html
R. P. Feynman, 1959, deutsch:
http://www.deutsches-museum.de/fileadmin/Content/data/020_Dokumente/040_KuT_Artikel/2000/24-1-1.pdf
R. P. Feynman, 1959, englisch:
http://www.zyvex.com/nanotech/feynman.html
Philip K. Dick, Autofac, 1954, deutsch, als Text:
http://s880616556.online.de/AUTOFAC7.TXT
Philip K. Dick, Autofac, 1954, deutsch, als Bild:
http://s880616556.online.de/AUTOFAC6.JPG
Philip K. Dick, Autofac, 1954, englisch:
http://www.polyamory.org/~howard/Nanotechnology/Autofac.html
Philip K. Dick, Autofac, 1954, englisch, alternativ:
http://www.technovelgy.com/ct/content.asp?Bnum=793
Lange bevor man die Nanotechnologie innerhalb von Patienten einsetzen
kann, wird sie in der biologischen Forschung eine grosse Hilfe sein.
Oft wird von Nanomaschinen in der Groesse von Blutkoerperchen erzaehlt,
die auch noch zur eigenstaendigen Fortbewegung befaehigt sein sollen.
Solche Maschinen sollen dann selbststaendig im menschlichen Organismus
nach Krankheitsherden und Krebszellen suchen und diese beseitigen.
(Telomerase ist fuer gesunde Zellen gut, aber bei Tumorzellen schlecht.)
Fuer medizinische Anwendungen waeren auch lange, duenne,
faserfoermige Nanobots geeignet, die zwischen den Koerperzellen
oder in den Blutgefaessen verlaufen.
Dadurch waere es moeglich, von außerhalb des Patienten Energie,
Information und Material zuzufuehren.
Diese Anwendung der Nanobots waere eine direkte Weiterentwicklung
der minimal-invasiven Chirurgie.
Die sehr aufwendige Positionierung und Steuerung von frei schwimmenden
Nanobots waere dann nicht mehr notwendig.
Ausserdem koennten dann diese Nanobots nicht mehr bei
Fehlfunktionen Amok laufen.
Gold oder Leben !
In der Molekularbiologie verwendet man Glutardialdehyd, um zwei
lose über Nebenvalenzen gebundene Moleküle kovalent zu fixieren.
O=CH-CH2-CH2-CH2-HC=O
Man nennt solche Substanzen wie Glutardialdehyd bifunktionelle
Reagentien, weil sie zwei chemisch aktive Gruppen haben, oder
Cross-Linker (dieser hier ist 5 C-Atome lang).
Aldehyde und Aminogruppen bilden zusammen sogenannte Schiffsche Basen.
R'-NH2 +
O=CH-CH2-CH2-CH2-HC=O + H2N-R" =
R'-N=CH-CH2-CH2-CH2-HC=N-R"
+ 2 H2O
R'-NH2 und R"-NH2 sind irgendwelche benachbarte Makromoleküle
mit -NH2 Gruppen, die zum Beispiel von den Di-Amino-Mono-Carbon-
Säuren der Proteine stammen können.
Das bedeutet, daß eine empfindliche Selbstorganisationsform
nach ihrem Entstehen auf die Dauer durch kovalente Atombindungen
stabilisiert wird.
Stellen wir uns vor, wir wollten kleine goldene Nanomaschinen
an ganz bestimmte Orte auf einer goldenen Oberfläche fixieren.
Keine Sorge, eine wenige Atomlagen dünne Goldschicht ist nicht teuer.
Wir nehmen einen Thiol-Aldehyd, z. B. :
HS-CH2-CH2-HC=O
und tupfen mit einer RTM-Nadel eine Spur davon auf einen Punkt der Goldfläche.
Au + HS-CH2-CH2-HC=O = Au-S-CH2-CH2-HC=O + 1/2 H2
Nach dem Abspülen ist der Punkt mit einer molekularen Bürste bedeckt:
Au-S-CH2-CH2-HC=O
Au-S-CH2-CH2-HC=O
Au-S-CH2-CH2-HC=O
Au-S-CH2-CH2-HC=O
Au-S-CH2-CH2-HC=O
Die goldenen Nanomaschinen tauchen wir in ein Thiol-Amin, z. B. :
H2N-CH2-CH2-CH2-SH
H2N-CH2-CH2-CH2-SH
+ Au = H2N-CH2-CH2-CH2-S-Au + 1/2 H2
Nach dem Abspülen ist die Nanomaschine auch mit einer molekularen Bürste bedeckt:
H2N-CH2-CH2-CH2-S-Au
H2N-CH2-CH2-CH2-S-Au
H2N-CH2-CH2-CH2-S-Au
Nun bringen wir diese Nanomaschinen auf die Goldfläche auf:
Au-S-CH2-CH2-HC=O
Au-S-CH2-CH2-HC=O
+ H2N-CH2-CH2-CH2-S-Au
Au-S-CH2-CH2-HC=O
+ H2N-CH2-CH2-CH2-S-Au
Au-S-CH2-CH2-HC=O
+ H2N-CH2-CH2-CH2-S-Au
Au-S-CH2-CH2-HC=O
Und schon sind sie über Schiff'sche Basen fixiert:
Au-S-CH2-CH2-HC=O
Au-S-CH2-CH2-HC=N-CH2-CH2-CH2-S-Au
Au-S-CH2-CH2-HC=N-CH2-CH2-CH2-S-Au
Au-S-CH2-CH2-HC=N-CH2-CH2-CH2-S-Au
Au-S-CH2-CH2-HC=O
Die Oberflächenstruktur
Au-S-CH2-CH2-HC=O
Au-S-CH2-CH2-HC=O
Au-S-CH2-CH2-HC=O
ist aber auch in der Lage Proteine über deren -NH2 Gruppen zu binden.
Jetzt kommt noch die da-capo-Einlage:
Schiffsche Basen (Azomethine, Imine) bilden sich in basischer Umgebung:
R'-HC=O + H2N-R" = R'-HC=N-R" + H2O
und sie lösen sich wieder in saurer Umgebung:
R'-HC=N-R" + H2O = R'-HC=O + H2N-R"
Das bedeutet, man kann die Ankopplung nach Belieben ein- und
aus-schalten, ohne daß die Moleküle schaden nehmen.
Oberflächenchemie mit anderen Methoden:
Glas ist wasserfreundlich (hydrophil) weil es Si-OH Gruppen an der Oberfläche hat.
Das kann man leicht ändern, man nimmt Trimethylchlorsilan:
Si-OH + ClSi(CH3)3
= Si-O-Si(CH3)3 + HCl
und schon ist es wasserabstoßend (hydrophob).
Haftschalen aus Silconkautschuk sind wasserabstoßend,
weil sie Si-CH3 Gruppen an der Oberfläche haben.
Wenn man sie im verdünntem Sauerstoff mit elektrisch erzeugten
Sauerstoffionen bombardiert, dann besteht ihre Oberfläche aus
Si-CH2OH, Si-HC=O, Si-COOH, oder Si-OH Gruppen,
was sie tränenliebend macht.
Nicht alle lebenden Zellen fixieren sich freiwillig auf einer
Polystyroloberfläche, in einer Zellkulturschale.
Eine Beschichtung mit Poly-l-Lysin verbessert ihre Haftung deutlich.
Poly-l-Lysin besteht aus vielen l-Lysin-Molekülen, und haftet
an dem hydrophoben Polystyrol weil es selbst 4 hydrophobe
-CH2- Gruppen pro l-Lysin hat.
Außerdem ist es eine Di-Amino-Mono-Carbon-Säure, die also eine
-NH2 Gruppe pro l-Lysin zu viel hat.
Falls die lebenden Zellen aber dennoch nicht anhaften wollen,
dann fixiert man sie mit Glutardialdehyd als bifunktionellem
Reagens, welches die -NH2 Gruppen der Zellproteine mit denen
des Poly-l-Lysins verbindet (siehe Schiffsche Basen).
Allerdings sind die Zellen nach dieser Tortur totgegerbt.
Wenn man das vermeiden will, dann verwendet man eine Gold-
Oberfläche, die man mit einem Thiol behandelt hat, das
eine Protein-bindende Kohlenwasserstoffkette trägt.
An diese bindet man Laminin, einen Hauptbestandteil der
Extrazellulärmatrix, in der die Zellen im Körper eingebettet sind.
Aus einer Suspension von lebenden Zellen werden nun die
Zellen als eine einzige Zellschicht an das Laminin gebunden,
welches an die Protein-bindenden Kohlenwasserstoffketten
gebunden ist.
Das ist daher so schonend, wie es auch im Körper ist.
Wenn man nur sehr kleine Flächen mit dem Thiol das eine
Protein-bindende Kohlenwasserstoffkette trägt mit der
Raster-Tunnel-Mikroskop-Spitze betupft, und dann danach
die freien Gold-Flächen mit einem Thiol absättigt, das eine
Protein-nicht-bindende Kohlenwasserstoffkette trägt, dann
kann man einzelne Zellen genau an den gewünschten Ort setzen.
Rein theoretisch wäre es möglich, dass auch Nanopartikel aus
Gold eine hohe Immunogenität haben können. Das würde bewirken,
dass der Mensch auf jene Nanomaschinen allergisch reagiert,
die gerade sein Leben retten sollen.
Hier ist eine denkbare Methode beschrieben, die dieses Problem lösen könnte:
1.) Man überzieht die Nanomaschinen entweder durch Aufdampfen
im Hochvakuum oder durch elektrolytische Abscheidung mit einer
nur wenige Atomlagen dicken Goldschicht (Au).
2.) Man lässt diese Goldschicht mit einem Thiol(-SH)-Aldehyd(-CH=O)
reagieren. Au und H-S-(CH2)n-CH=O gibt sofort Au-S-(CH2)n-CH=O,
also eine Molekularbürste aus Aldehydmolekülen auf der Goldoberfläche.
3.) Man gewinnt autologe (vom Patienten selbst stammende)
Erythrocyten (rote Blutkörperchen, gibt es in großer Menge,
sie enthalten keinen Zellkern oder andere Organellen) und
wäscht sie mit PBS (isotonischer, neutraler Phosphatpuffer
mit Kochsalz) durch Suspendieren und Zentrifugieren.
4.) Man tauscht mit Hilfe von zwei Nanokapillaren das
Cytoplasma der Erythrocyten restlos gegen PBS aus, so
dass kein Protein zurück bleibt.
5.) Man öffnet einen Mikroschlitz in der Zellmembran der
Erythrocyten, gibt die Nanomaschine in den Erythrocyten
hinein und verschließt den Mikroschlitz hinter der Nanomaschine
wieder (das geht fast von selbst, wie bei einem Reissverschluss,
weil die Lipid-doppel-Membran in ihrem Zwischenraum hydrophob ist).
6.) Man saugt mit Hilfe einer Nanokapillare fast alles PBS zwischen
der Erythrocyten-Membran und der Nanomaschinen-Oberfläche heraus.
7.) Nun reagieren die Aminogruppen der inneren Teile der
Membranproteine mit den auf dem Gold fixierten Aldehydgruppen
zu Schiffschen Basen. Au-S-(CH2)n-CH=O und H2N-Membranprotein
gibt sofort Au-S-(CH2)n-CH=N-Membranprotein. Die Membranproteine
selbst sind durch ihre hydrophil-hydrophob-hydrophil-Struktur
in der Lipid-Doppelmembran verankert.
Auch der Malaria-Erreger versteckt sich in den Erythrocyten.
Wie man an diesen Beispielen sieht, kann man praktisch jede
Art von Oberfläche mit praktisch jeder Art von funktionellen
Gruppen ausstatten.
Dem fröhlichen Ankoppeln sind also keine Grenzen gesetzt.
Das schöne Bild im unteren Drittel von
http://www.vi-anec.de/Hardware/HW07/HW07-home.html
stammt vermutlich von Chad A. Mirkin, während die
Grund-Idee vermutlich von George M. Whitesides stammt.
Als aktives Molekül verwendet Chad A. Mirkin
16-Mercaptohexadecansäure HOOC-(CH2)15-SH, und
als passives Molekül verwendet er
1-Octadecanthiol CH3-(CH2)17-SH, um
funktionale elektronische Strukturen zu erzeugen.
Zur elektrischen Mobilität von Nanomaschinen.
Diese Spiele mit sauer und basisch kann man natürlich
nur ausserhalb des Körpers machen, denn lebende Zellen
benötigen einen stabilen pH-Wert bei rund 7.3.
Nehmen wir an, wir hätten eine nicht-leitende Unterlage
(Substrat, die Techniker meinen mit Substrat etwas
anderes als die Biologen) aus Siliziumdioxid SiO2.
Darauf bringen wir zwei voneinander elektrisch isolierte
dünne Goldflächen auf, zum Beispiel durch Aufdampfen und
nachfolgendem Ätzen.
Beide Goldflächen werden mit Thiol-Aldehyd-Bürsten versehen:
Au-S-CH2-CH2-HC=O
Eine Goldfläche darf auch Nanomaschinen über Schiffsche Basen binden:
Au-S-CH2-CH2-HC=N-CH2-CH2-CH2-S-Au
Das spielt sich in pH-neutralem Natriumphosphatpuffer ab:
40mM NaH2PO4 + 60mM Na2HPO4 pH=7
Nun legen wir an die Goldfläche mit den Nanomaschinen eine
positive Gleichpannung von etwa zwei Volt an, und der negative
Gegenpol soll die andere Goldfläche sein.
Am positiven Pol sinkt der pH-Wert, weil dort Säure entsteht:
2 H2PO4- + H2O = 2 H3PO4 + 1/2 O2 + 2 e-
Am negativen Pol steigt der pH-Wert, weil dort Lauge entsteht:
2 Na+ + 2 H2O + 2 e- = 2 NaOH + H2
(beim Di-Hydrogen-Phosphat-Anion H2PO4- schreibt man die
Zahlen tiefergestellt, und das Minuszeichen höhergestellt,
aber das geht hier leider nicht)
Durch den sauren pH-Wert am positiven Pol
werden die Schiffschen Basen gespalten:
Au-S-CH2-CH2-HC=N-CH2-CH2-CH2-S-Au
+ H2O =
Au-S-CH2-CH2-HC=O
+ H2N-CH2-CH2-CH2-S-Au
Außerdem werden die Aminogruppen protonisiert:
H+ +
H2N-CH2-CH2-CH2-S-Au =
+H3N-CH2-CH2-CH2-S-Au
Dadurch werden die Amino-Thiol-Nanomaschinen elektrisch
mehrfach positiv geladen, und wandern von der sauren
positiven Elektrode nach dem Abkoppeln an die basische
negative Elektrode (Elektrophorese), wo sie ihre positive
Ladung abgeben, und bereitwillig über die Schiffschen
Basen ankoppeln:
H2O +
H2N-CH2-CH2-CH2-S-Au
und:
Au-S-CH2-CH2-HC=O
+ H2N-CH2-CH2-CH2-S-Au =
Au-S-CH2-CH2-HC=N-CH2-CH2-CH2-S-Au
+ H2O
Falls sich einge Nanomaschinen verirren sollten, oder man
am Anfang des Versuches eine regellose Suspension von
Nanomaschinen verwendet, dann werden diese Nanomaschinen
solange von der Brownschen Molekularbewegung hin- und
her- geschoben, bis sie an eine negative und basische
Thiol-Aldehyd-Bürste ankoppeln können.
Probleme mit H2 und O2 Gasblasen kann man durch die
Erhöhung des Systemdruckes verringern, und durch das
Einbringen eines Platinkatalysators ganz ausschalten:
H2 + 1/2 O2 = H2O
Wenn man mehrere Elektroden aus Gold-Thiol-Aldehyd-Bürsten
verwenden will, dann werden alle positiven Elektroden frei
von Nanomaschinen sein, und alle negativen Elektroden
werden mit Nanomaschinen belegt werden.
Falls die Thiol-Aldehyd-Bürsten-Flächen kleiner sind als
der Durchmesser einer Nanomaschine, dann sitzt immer genau
eine Nanomaschine exakt am gewünschten Ort.
Diese kleinen Thiol-Aldehyd-Bürsten-Flächen kann man durch
das Aufbringen des Thiol-Aldehyds mit einer RTM-Nadel erzeugen.
Um die freigelassenen Goldflächen vor Nebenreaktionen zu
schützen, können sie mit Thiolen hydrophob blockiert werden:
Au-S-CH2-CH2-CH3
oder mit Thiol-Alkoholen hydrophil blockiert werden:
Au-S-CH2-CH2-CH2-OH
Diese Reagentien können nur jene Goldflächen belegen,
welche nicht schon vorher mit Thiol-Aldehyd belegt wurden:
Au-S-CH2-CH2-HC=O
Es genügt also ein einfaches Eintauchen in das Reagens,
und nachheriges Abspülen mit Pufferlösung.
Die Verwendung einer wässrigen Umgebung während des
gesamten Versuches, eliminiert auch alle störenden
Adhäsionskräfte, welche in Luft unweigerlich auftreten.
Ebenso werden auch Reibung und Gewicht stark verringert.
Weil die Affinität von Thiolen zu Gold sehr hoch ist,
sind sie sogar in der Lage etwaige Verunreinigungen
selbstständig zu verdrängen.
Ich habe alle Verbindungen mit drei Kohlenstoffatomen dargestellt.
Selbstverständlich kann man auch noch mehr -CH2- Gruppen einfügen,
um längere, und elastischere Molekülketten zu erzeugen.
(Aber hier sind die Zeilen so kurz.)
Die chemische Codierung von Ort und Orientierung:
Wenn man eine Goldoberfläche mit einer Mischung von einem
Prozent Thiol-Aldehyd und 99 Prozent Thiol-Alkohol beschichtet,
dann befindet sich statistisch verteilt auf einer Fläche
von 10 mal 10 Molekülen nur ein Thiol-Aldehyd-Molekül.
Wenn man nun freies, gelöstes Thiol-Amin anbietet, dann
wird es genau dort wo Thiol-Aldehyd-Moleküle sitzen, über
Schiffsche Basen gebunden.
Nun wird eine Nanomaschinen-Haftfläche (etwa 100 mal 100
Moleküldurchmesser groß) aus reinem Gold auf den gewünschten
Ort, und in der gewünschten Orientierung aufgedrückt.
Das als Schiffsche Base gebundene Thiol-Amin bindet nun das
Gold der Nanomaschinen-Haftfläche über die Thiol-Gruppen.
Dann werden die Schiffschen Basen durch sauren pH-Wert
gespalten, und die Nanomaschinen-Haftfläche mitsamt ihren
gebundenen Thiol-Amin-Gruppen abgelöst.
Die freigebliebene Goldoberfläche der Nanomaschinen-
Haftfläche wird mit Thiol-Alkohol abgesättigt (der Thiol-
Alkohol sollte aus sterischen Gründen um eine -CH2- Gruppe
kürzer sein, als das Thiol-Amin).
Die Nanomaschinen-Haftfläche ist nun ein exaktes chemisches
Negativ des für sie einzigen geeigneten Zielgebietes,
und sollte ungefähr 100 zufällig verteilte Amino-Gruppen
besitzen, welche den Zielort codieren (zusammen mit 9900
inerten Alkohol-Gruppen).
Nun stellen wir den pH-Wert auf schwach sauer, so daß die
Schiffschen Basen sich unablässig bilden und wieder auflösen.
Die Brownsche Molekularbewegung wird die Nanomaschinen-
Haftfläche so lange hin und her schieben und verdrehen, bis
sie im einzigen für sie geeigneten Zielgebiet andocken kann.
Dabei ist immer nur ein sich ständig ändernder Teil der
Schiffschen Basen angekoppelt, aber dieser Teil reicht
für eine vorläufige Fixierung aus (der sogenannte
Reißverschluß-Effekt, später kann man den pH-Wert wieder
erhöhen, und die Bindung verstärken).
Alternativ zu der billigen Erzeugung eines zufälligen
Aldehyd-Musters, kann man das Thiol-Aldehyd auf die
Goldunterlage, und auf die Nanomaschinen-Haftfläche
spiegelbildlich dazu, das Thiol-Amin mit einer RTM-Nadel
aufbringen.
Soche Arten von chemischer, topologischer Codierung kommen
in der Natur bei Enzymen, Antikörpern, und den Nukleinsäuren vor.
Sebstverständlich ist das oben beschriebene Verfahren auch
zur Informationsspeicherung und Informationsverarbeitung,
und für selbstreplizierende Strukturen geeignet
(Schlüssel und Schloß, positive und negative Gußform).
Für uns ist besonders interessant, dass die
Gold-Thiol-Kohlenwasserstoff-Laminin-lebende-Zellen-Technik
bereits seit 1994 praktisch funktioniert, und dass man den
Thiol-Kohlenwasserstoff sowohl mit der Raster-Tunnel-
Mikroskop-Spitze (RTM) als auch mit einem Stempel aus
Silikon-Kautschuk auf das Gold aufbringen kann. (Whitesides)
Vorsicht, das englische silicon bedeutet Silizium, Si.
Silicon wird oft falsch mit Silikon-Kautschuk übersetzt,
der im Englischen silicon ketone oder silicone heißt.
(PDMS,
(-Si(CH3)2-O-)n,
Poly-Dimethyl-Siloxan.)
Das Siliziumdioxid SiO2 wird silicon dioxide oder silica genannt.
Links zur Gold-Thiol-Technik:
http://www.chem.wisc.edu/areas/organic/studsemin/biddle/biddle-abs.pdf
http://www.pc2str.uni-duesseldorf.de/thiole.htm
http://www.chem.wisc.edu/Smith/research_areas/dna_chips.php
Eine Aufstellung der Anwendungsgebiete von Nanomaschinen,
die nach steigender Schwierigkeit geordnet sind:
1.) Unbelebte Materie:
Eine Schicht aus Nanomaschinen auf der
Innenseite einer Wohnung ist zugleich
Tapete, 3-D-Bildschirm, 3-D-Lautsprecher,
Lärmabsorber, Lampe, Jalousie, Staubsauger,
Fensterputzer, Computer usw., usf.
2.) Haut des Menschen:
Körperpflege, Hygiene, Kosmetik und Rasur.
3.) Schleimhäute des Menschen:
Zahnpflege, Endoskopie, Therapie,
Infektionsschutz, Empfängnisverhütung.
4.) Blutbahn des Menschen:
In allen Blutgefäßen wird ein Nanofasernetz
verlegt, das den gesamten Körper medizinisch
rund um die Uhr betreut und überwacht.
5.) Gehirn des Menschen:
Zwischen dem Nanofasernetz in den Blutgefäßen
des Gehirns, und dem Gehirn werden große
Informationsmengen direkt ausgetauscht.
Diamantabscheidung aus der Gasphase:
http://www.cvd-diamond.com/tfdigi/frames_d.htm
Mikromaschine aus Diamant:
http://www.sandia.gov/media/NewsRel/NR2000/diamond.htm
Optische Nahfeldmikroskopie (genauer als die halbe Wellenlaenge):
http://www.nahfeldmikroskopie.de/Allgemeines/allgemeines.html
Mikroskopie mit verbotenem Licht (hinter der Totalreflektion):
http://monet.physik.unibas.ch/snom/forbidden.htm
Oberflächen-Plasmonen-Resonanz (SPR) zur
Messung von Wechselwirkungen zwischen Biomolekülen:
http://www.astbury.leeds.ac.uk/facil/SPR/spr_intro2004.htm
Warum sind die Atome im RTM so scharf zu sehen?
Die Heisenbergsche Unbestimmtheitsrelation ist zwar nach wie vor
uneingeschränkt wirksam, wirkt sich aber in gekühlten Kristallen
dennoch nicht störend aus.
Das erklärt sich aus dem Umstand, dass das Produkt aus Ort und
Impuls niemals kleiner werden kann als h(quer) halbe, also
h durch 4 mal Pi, wobei h = 6,6261 mal 10 hoch minus 34 Js
(Plancksches Wirkungsquantum).
Ein einzelnes, freies Atom ist in Ort und Impuls so unbestimmt
(nicht: unbestimmbar), dass man von ihm kein klares Bild bekommen kann.
Wird aber ein einzelnes Atom an die Oberfläche eines Monokristalls
adsorbiert, dann geht die Masse des Monokristalls in die Gleichung
für den Impuls ein (Impuls ist Masse mal Geschwindigkeit).
Deshalb kann das Atom bei nahe bei null liegenden Geschwindigkeiten
auf Bruchteile eines Atomdurchmessers bestimmt sein, ohne das es
deswegen einen zu kleinen Impuls haben müsste.
Wieviele Atome hat eine Zelle?
Einige sehr grobe Vereinfachungen:
Die Zelle ist ein Wuerfel mit 10 Mikrometern = 10 000 Nanometer
= 100 000 Angstroem = 10 hoch 5 Angstroem Kantenlaenge.
Die Atome haben alle 1 Angstroem Durchmesser (falsch, aber einfach).
Daher hat eine Zelle rund 10 hoch 15 Atome, und die
Schnittflaechen einer Zelle haben rund 10 hoch 10 Atome.
Ein Abtaster fuer 1000 mal 1000 Atome tastet 10 hoch 6 Atome ab.
Man benoetigt daher 10 000 Abtaster fuer diese Flaeche (100 mal 100).
Das wird eine Aufgabe fuer den Millipede werden:
http://www.wcm.at/story.php?id=7832
http://www.zdnet.de/itmanager/gallery/0,39030617,39134149-3,00.htm?PAGE_WIDTH=750
Viele Dinge gehen, und einige Dinge gehen leider nicht:
Superluminales Tunneln erlaubt keine
ueberlichtschnelle Informationsuebertragung:
http://theory.gsi.de/~vanhees/faq/nimtz/nimtz.html
Auch dieser Lichtstrahl ist nicht wirklich ueberlichtschnell:
(Wenn diese Animation nicht laeuft, dann liegt es
an den Einstellungen der persoenlichen Firewall.)
http://s880616556.online.de/LASER-1.gif
Left
Handed Material at Work:
http://www.aip.org/png/2003/202.htm
Causality
is not violated:
http://physicsweb.org/articles/news/7/3/12
http://physicsweb.org/articles/world/16/5/3
Superlinse:
http://physicsweb.org/articles/news/9/4/12
http://www.physics.oregonstate.edu/~vpodolsk/NIM/NIMConfig.html
Röntgenlinsen:
http://www-zhv.rwth-aachen.de/zentral/dez3_pm99_roentgen.htm
http://www.institut2b.physik.rwth-aachen.de/xray/imaging/crl.html
Ultraschallmikroskop:
http://www.uni-leipzig.de/~fko/pages/psam/psam.html
http://www.soest.hawaii.edu/~zinin/Zi-SAM.html
Cantilever-DNA-Sensor:
http://www.zurich.ibm.com/st/nanoscience/bio_DNA.html
http://www.zurich.ibm.com/st/nanoscience/cantilever.html
http://monet.physik.unibas.ch/nose/index.html
Mechano-Chemie des Assemblers:
http://www.zyvex.com/nanotech/hydroCarbonMetabolism.html
Reversible
mechanische Logik:
http://www.zyvex.com/nanotech/mechano.html
The
Broadcast Architecture:
http://www.zyvex.com/nanotech/selfRepNATO.html
Thiol-Laminin-Zellen-Bilder:
http://www.uni-konstanz.de/sfb513/reports/1999-2001/B07.pdf
Thiole werden in Gegenwart von Luftsauerstoff zu Disulfiden oxidiert:
2 R-SH + 1/2 O2 = R-S-S-R + H2O
Dieser Vorgang ist aber durch Reduktion sehr leicht umkehrbar:
R-S-S-R + H2 = 2 R-SH
Auch diese Disulfide reagieren bereitwillig mit Gold,
in diesem Falle wird kein Wasserstoff frei.
Siehe unterstes Bild auf dieser Seite:
http://www.chem.wisc.edu/Smith/research_areas/dna_chips.php
Aldehyde-modified
gold surfaces for amine-modified oligonucleotide attachment:
Dort wird Di(10-Decanal)Disulfid
O=CH-(CH2)9-S-S-(CH2)9-HC=O verwendet,
das ergibt dann 2 Au-S-(CH2)9-HC=O .
Die Reduktion der Schiffschen Basen mit Natrium-Cyano-Bor-Hydrid
NaBH3CN zum sekundaeren Amin ist in Gegenwart von lebenden Zellen
aber nicht empfehlenswert.
Die Aminosaeure Cystein HS-CH2-CH-(NH2)-COOH ist ebenfalls ein Thiol,
das zum Cystin HOOC-(NH2)-CH-CH2-S-S-CH2-CH-(NH2)-COOH oxidiert werden kann.
Die Disulfidbruecken des Cysteins/Cystins haben eine
grosse Bedeutung fuer die Tertiaerstruktur von Proteinen,
und fuer die Herstellung von Dauerwellen (kein Witz).
Es ist leicht verstehbar, dass Proteine mit einem groesseren
Anteil an Cystein selbst direkt an eine Gold-Oberflaeche binden
koennen, nur sollten die fuer die Tertiaerstruktur des Proteins
notwendigen Disulfidbruecken dafuer nicht geoeffnet werden.
Als mehr oder weniger schonende Reduktionsmittel fuer Proteine
kommen Beta-Mercapto-Ethanol HO-CH2-CH2-SH und
Di-Thio-Erythritol HS-CH2-CHOH-CHOH-CH2-SH in Frage.
Letzteres bildet bei seiner Oxidation einen Sechser-Ring:
(-S-CH2-CHOH-CHOH-CH2-S-)
Ringschluss.
Um Proteine zuverlässig und schonend an eine Gold-Oberflaeche
zu binden, koennte man ihre Aminosaeure-Sequenz um einige
Cystein-Molekuele und einen Spacer aus einigen
Glycin-Molekuelen H2N-CH2-COOH verlaengern.
Zur Brownschen Molekularbewegung (seit 1827 bekannt):
Einstein und Smoluchowski haben zwischen
1905 und 1906 eine mathematische Beschreibung
der Brownschen Molekularbewegung Bewegung entwickelt.
Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik kann in
der Mikrowelt nicht staendig gelten, weil seine
Begriffe, auf die er aufbaut, in der Mikrowelt
nicht angewendet werden koennen.
Anstelle der Temperatur hat man in der Mikrowelt
die Geschwindigkeiten einzelner Molekuele,
anstelle des Druckes hat man in der Mikrowelt
einzelne Kollisionen von Molekuelen mit der Wand,
anstelle von Unordnung befindet sich ein Molekuel
entweder in der linken oder in der rechten
Haelfte einer Testkammer.
In der Mikrowelt existiert auch das absolute Vakuum,
und die absolut reine Substanz, kein Wunder,
wenn man nur ein einziges Molekuel betrachtet,
oder nur den Zwischenraum zwischen den Molekuelen.
Die Gleichverteilung der thermischen Energie zwingt
bei der Informationsverarbeitung dazu, dass man zum
Speichern eines Bit eine Mindestenergie benoetigt, die
groesser als die thermische Energie der Molekuele sein muss.
Das Landauer-Prinzip:
Mindest-Abgabe von Wärme-Energie beim Löschen eines Bits:
W = k * T * ln( 2 )
Mindest-Abgabe von Entropie beim Löschen eines Bits:
S = k * ln( 2 )
k = Boltzmann-Konstante,
T = absolute Temperatur.
Es sind aber auch reversible Schalt-Elemente denkbar, die
bei der Verarbeitung von Information keine Informationen
löschen müssen, und die daher ohne Energie-Verbrauch und
Entropie-Erhöhung Informationen verarbeiten können.
http://www.zyvex.com/nanotech/mechano.html
Das kann man sich so vorstellen, wie eine Kugel, die
unruhig in einer Mulde hin- und her-schwingt.
Die Geschwindigkeitverteilung der Molekuele bewirkt,
dass ein gespeichertes Bit niemals absolut sicher
gespeichert bleibt, aber sicherer gespeichert wird,
wenn man mit hoeheren Bit-Speicher-Energien arbeitet,
oder bei niedrigeren Temperaturen arbeitet.
Fuer mikromechanische Geraete hat das die Konsequenz,
dass man zwar auf einen Antrieb verzichten kann, weil
die Brown’sche Molekularbewegung ohnehin alle
moeglichen Hebelstellungen nacheinander realisiert,
aber dass man den Hebel dann in der gewuenschten
Stellung mit ausreichender Energie festhalten muss,
genau so, wie auch die Enzyme funktionieren.
Salopp ausgedrueckt, benoetigt man in der Makrowelt
die Energie vorwiegend zum Bewegen, waehrend man in der
Mikrowelt die Energie vorwiegend zum Festhalten benoetigt.
Zu den Mikromaschinen:
Selbstverstaendlich kann man eine funktionierende Maschine
nicht massstabsgerecht verkleinern oder vergroessern, und
annehmen, dass sie dann auch noch richtig funktioniert.
Eine Ameise von zwei Metern Laenge koennte niemals
ein Klavier in den dritten Stock tragen, obwohl
man diesen Unfug des oefteren zu lesen bekommt.
Beim Vergroessern steigen Volumen, Masse und Gewicht
mit der dritten Potenz der linearen Vergroesserung
an, waehrend Flaeche, Bruchkraft und Muskelkraft nur
mit der zweiten Potenz der linearen Vergroesserung anwachsen.
Eine linear 1 000 mal groessere Ameise ist 1 000 000 000 mal
schwerer, aber nur 1 000 000 mal staerker, und wird daher bei
gleichem Koerperbau nicht einmal aus eigener Kraft stehen koennen.
Deshalb gibt es eine maximale Groesse fuer fliegende
Tiere, eine groessere maximale Groesse fuer Landtiere,
aber nur wenig Groessenbeschraenkungen fuer Wassertiere.
Fuer den Sebstbauversuch ist Vanillepudding sehr gut
geeignet. Man giesst
einen Wuerfel mit einem Millimeter Kantenlaenge,
einen Wuerfel mit einem Zentimeter Kantenlaenge,
einen Wuerfel mit einem Dezimeter Kantenlaenge, und
einen Wuerdel mit einem Meter Kantenlaenge.
Obwohl alles aus dem selben Topf kommt, verhalten
sich diese Wuerfel sehr unterschiedlich.
Der Meter-Wuerfel zerfliesst unter seinem eigenen
Gewicht, und den Millimeter-Wuerfel kann man durch
die Gegend werfen, ohne ihn zu beschaedigen.
Natuerlich ist auch die Geschwindigkeit des Erkaltens
bei grossen Wuerfeln geringer.
Fuer den Bau von Mikromaschinen muss man jene
physikalischen Vorgaenge nuetzen, welche beim
Verkleinern einen Vorteil bringen, und jene
physikalischen Vorgaenge vermeiden, welche beim
Verkleinern einen Nachteil bringen.
Hier ist eine kurze Uebersicht dieser Methoden:
Abkuerzungen:
l^1 = abhaengig von der ersten Potenz
der linearen Vergroesserung, der Laenge, linear,
l^2 = abhaengig von der zweiten Potenz
der linearen Vergroesserung, der Flaeche, quadratisch,
l^3 = abhaengig von der dritten Potenz
der linearen Vergroesserung, dem Volumen, kubisch.
Beim Verkleinern nehmen l^3 staerker als l^2 ab,
und l^2 staerker als l^1 ab.
Galvanisieren statt Metallguss, weil
Waermespeicherung = l^3, Waermeverlust = l^2,
kleine Funken erloeschen nach kurzer Zeit,
Schichtdicke = l^1,
duenne Schichten wachsen in kurzer Zeit.
Anodisches Aetzen statt spanabhebende
Materialbearbeitung, weil
Schichtdicke = l^1,
duenne Schichten loesen sich in kurzer Zeit auf.
Elektrostatischer Antrieb statt magnetischem Antrieb,
weil Magnetkraft = l^3, Elektrostatische Kraft = l^2.
Feder statt Schwungmasse, weil
Masse = l^3, Rueckstellkraft = l^2.
Schwingung statt Rotation, weil
Masse = l^3, Rueckstellkraft = l^2.
Biegefeder statt Gelenk, weil
Rauhigkeit und Reibung relativ zu allen anderen
Kraeften in der Mikrowelt groesser sind,
weil die Atomdurchmesser gleichbleiben.
In letzter Konsequenz sollte eine Mikromaschine
nicht aus mehreren gegeneinander beweglichen Teilen
bestehen, sondern ein einzelnes elastisches Objekt
mit steifen und elastischen Zwischenstuecken sein.
Ohne Beruehrung existiert auch keine Abnutzung,
und die Materialermuedung kann vermieden werden,
indem man mit Monokristallen, amorphen Materialien,
oder geeigneten Makromolekuelen arbeitet.
In der Mikrowelt sind Monokristalle sehr
leicht zu erzeugen. Molekuele selbst sind sowohl
abnutzungsfrei, als auch reibungsfrei.
Erforderliche Kristallgroesse = l^1.
Membranpumpe statt Kolbenpumpe, weil
Druckkraft = l^2, Dichtungslaenge = l^1.
Ein ein Millimeter grosser Becher mit Wasser wird
auch auf den Kopf gestellt nicht auslaufen, weil
Gewicht = l^3, Grenzflaechenspannung = l^1.
Bei Kapillaren beobachtet man ausserdem eine
Siedepunktserhoehung, und eine Gefrierpunktserniedrigung
durch intermolekulare Kraefte.
Ein Floh, der zwei Meter abstuerzt, verletzt sich
nicht, aber ein Elefant, der zwei Meter abstuerzt,
verletzt sich schwer. Das gilt auch fuer Mikromaschinen.
Masse = l^3, Festigkeit = l^2.
Kleine Maschinen beschleunigen schnell, weil
Masse = l^3, Kraft = l^2.
Kleine Maschinen benoetigen fuer eine Arbeit
nur sehr kurze Zeit, weil Arbeitwege = l^1.
Kleine Maschinen fliegen leicht, weil
Gewicht = l^3, Luftwiderstand = l^2.
Weil die mittlere freie Weglänge in Gasen linear mit dem
Kehrwert des Druckes zusammenhaengt, kann man in der Mikrowelt
auch mit einem schlechten Vakuum gute Ergebnisse erzielen.
Notwendige mittlere freie Weglänge = l^1.
http://www.lecksuchtechnik.de/
Weil die elektrische Feldstaerke bei gleicher Spannung linear
mit dem Kehrwert des Abstandes zusammenhaengt, kann man in der
Mikrowelt mit sehr kleinen Spannungen sehr hohe Feldstaerken erzeugen.
Abstand = l^1.
Sobald die Spannung unterhalb der Ionisations-Spannung der Luft liegt,
kann es auch bei hohen Feldstaerken keine Gas-Entladungen mehr geben.
Wie man sieht, muss man eine Maschine in jeder
Groessenordnung anders konstruieren, um die
selben Naturgesetze auf andere Weise zu nutzen.
Insgesamt bringt aber eine Verkleinerung mehr
Vorteile als Nachteile was die Leistung anbelangt,
das liegt auch an der groesseren inneren Oberflaeche.
Volumen = l^3, Oberflaeche = l^2.
Der kurze Weg in die Mikrowelt:
Dass es möglich ist, Rastersondensysteme extrem kostengünstig
herzustellen, wurde bereits 1992 im Rahmen des Bundeswettbewerb
"Jugend forscht" im Fachgebiet Physik von Robert Nitzschmann
gezeigt, der ein einfaches, kostengünstiges, computergesteuertes
Raster-Tunnelmikroskop hergestellt hat
(siehe Spektrum der Wissenschaft, 1/1992, S. 133f).
Wenn man nun im Spektrum der Wissenschaft nachschlägt, dann
findet man heraus, dass Robert Nitzschmann damals 18 Jahre alt war,
2000 DM (1000 Euro) dafür ausgegeben hat, und sein Raster-
Tunnelmikroskop im Keller seiner Eltern gebastelt hat.
Sein Raster-Tunnelmikroskop zeigt sogar die Deformation
von Kohlenstoff-Atomen durch ihre Valenz-Elektronen.
Soweit ich weiß, hat er die niederfrequenten Schwingungen
des Bodens mit Autoreifen gedämpft, und die hochfrequenten
Schwingungen mit Holzspanplatten.
Der lange Weg in die Mikrowelt:
Diese makroskopischen Rastersondensysteme haben leider den
Nachteil, dass sie mehr als 10 hoch 23 Atome benoetigen,
um einzelne Atome zu bewegen.
Deshalb hat R. P. Feynman den Bau von Maschinen vorgeschlagen,
die zuerst einmal kleinere Maschinen bauen, die wieder noch
kleinere Maschinen bauen.
R. P. Feynman sprach von einem dreidimensionalen Pantographen.
Das von Feynman angesprochene Problem mit dem Spiel, der Reibung,
und der Abnutzung in den Lagern kann man dadurch umgehen, dass
man bei den Verkleinerungshebeln gar keine Lager, sondern
Blattfedern und Torsionsdrähte verwendet.
Es ist noch genauer, wenn man den dreidimensionalen Pantographen
die Verkleinerung der dreidimensionalen Bewegungen in mehreren
Schritten durchfuehren laesst, zum Beispiel in Schritten von 1:10.
Wie viele Schritte benötigt man bis zu atomaren Dimensionen?
Wenn eine makroskopische Maschine auf 0,1 Millimeter genau ist
(meine ist 1/12 Millimeter genau = 0,083 mm), und ein mittleres
Atom 0,1 Nanometer groß ist (= 1 Angström), dann ist das
Verhältnis eine Million zu eins (= 10 hoch 6).
Nachdem 2 hoch 20 = 1 048 576 ist, genügen also 20 Halbierungsschritte.
Es ist aber technisch nicht notwendig, so viele so kleine Schritte zu machen.
Man würde nur 6 Schritte mit dem Faktor 10 machen müssen, aber das
ist technisch gesehen eine zu große Schrittgröße und daher zu ungenau.
Ein Kompromiss wären 12 Schritte mit der Quadratwurzel von 10 (= 3,162).
Aber das ergibt unnötige Kommastellen und Rundungen.
Ich habe mich deshalb entschlossen, abwechselnd 3,33 und 3,00 Schritte
zu machen. Also 1000 - 300 - 100 - 30 - 10 - 3 - 1 usw., das sind dann
immer noch 12 Schritte bis zur atomaren Genauigkeit.
Diese Schrittgröße gilt für die Greifer, die zuerst eine Breite von
30 Millimetern hatten und jetzt eine Breite von 10 Millimetern haben.
Für das Antriebssystem verwende ich aber die Schrittgröße 10, davon sind
die ersten drei schon auf den Fotos zu sehen: 1/12 - 1/120 - 1/1200 Millimeter.
Das 1/12 Millimeter ist 1/6 Umdrehung einer M-3 mm Gewindestange mit
einer Ganghöhe von 0,5 Millimetern.
Die 1/6 Umdrehung ist ein Vierfach-Zyklus
(Nord+Nord - Nord+Süd - Süd+Süd - Süd+Nord) eines 24-poligen Schrittmotors.
Es gibt 18 Schrittmotoren. 7 für den linken Greifer, 7 für den rechten
Greifer, 3 für die Graviernadel, und einen für den Arbeitstisch.
Die 7 Freiheitsgrade für einen Greifer bestehen aus 3 Freiheitsgraden
der Translation, 3 Freiheitsgraden der Rotation, und dem Zugreifen.
Wie kommt man von der Software zur Materie?
Glasplatten, wie zum Beispiel Objektträger, oder später Deckgläschen,
werden mit Tollens Reagens (Silbernitrat, Natronlauge und Ammoniak)
und Traubenzuckerlösung versilbert.
Der Roboter ritzt dann mit seiner 3 Freiheitsgrade habenden Graviernadel
ein Netzmuster des späteren Bauteils in die dünne Silberschicht.
Danach hält er diese Platte mit seinem Greifer 10 Minuten als negativen
Pol (nicht mehr als 0,2 Volt) in eine schwefelsaure Kupfersulfatlösung
(als Gegenpol dient eine Kupferplatte, die sich langsam auflöst).
Das so entstandene dünne Kupferblech wird, an den zuvor strichliert
geritzten Linien entlang, zum Bauteil aufgefaltet, mit nicht leitenden
Einsätzen (z.B.: Achsen aus Glasfasern) versehen und danach mehrere
Stunden lang weiter verkupfert, um es zu verfestigen und an den
Kanten zu verbinden. (Kerngalvanoplastik, 15 Stunden geben bei
0,2 Volt etwa 0,5 Millimeter nach beiden Seiten).
Zum Antrieb:
Technologie von 1985, Computer unter DOS 6.22 und Microsoft
GW-Basic, mit
ISA-Bus, und mit Multi 8255 I/O Card.
Ueber 4N31 Darlington-Optokoppler werden die SAA 1042 ICs gesteuert,
die die Landis & Gyr AMA 9.2 (12 V) Schrittmotoren steuern.
Die 4N31 Optokoppler werden auch zur Abfrage von Schaltkontakten verwendet.
Zeichnungen und Fotos sind hier unter Robotik zu finden:
Warum verwende ich keine optischen Methoden zur Verkleinerung?
Im Nanometerbereich koennte man hoechstens mit Roentgenstrahlung arbeiten.
Bevor man etwas verkleinern kann, muss es von jemandem gezeichnet werden.
Die fertigen Bauteile muessen von jemandem montiert werden.
Um in der Mikrowelt komplizierte Geraete zu bauen,
benoetigt man in der Mikrowelt noch kompliziertere Geraete.
Deshalb kann die Technologie dafuer gar nicht primitiv genug sein.
Nach einer laengeren Einleitung einige sehr schoene Bilder:
http://wwwex.physik.uni-ulm.de/vortraege/stgallen/sld001.htm
Im Nanometerbereich gibt es zwar kein Licht, aber eine Bildauswertung
von Abtastungsbildern waere in jedem Falle nuetzlich.
Zur Entwicklung der Bildanalyse habe ich mein System erweitert:
http://s880616556.online.de/RS232API.jpg
http://s880616556.online.de/Hand-2S.jpg
In den ersten 3 Antriebs-Generationen (immer 1/10), und in den
ersten 6 Greifer-Generationen (immer 1/3 oder 1/3.33) sollen nur
kleinere Greifer und Graviersysteme zusammen gebaut werden.
Danach werden an Stelle der elektromagnetischen rotierenden
Motoren elektrostatische schwingende Mikro-Motoren gebaut, und
an Stelle der Gewinde-Stangen-Schlitten Loch-Streifen-Greifer.
Das sollte für die naechsten 3 Antriebs-Generationen und
6 Greifer-Generationen dann wieder ausreichen (bis 1/1200000 mm).
Wenn man fuer eine Greifer-Generation ein halbes Jahr benoetigt,
dann sollte man in 6 Jahren alle 12 Generationen durch haben.
(Grau ist alle Theorie.)
Derzeit haengen die 2 Greifer der zweiten Generation und das
Graviersystem nur am Antrieb der ersten Generation mit nur
1/12 mm Genauigkeit.
Die Antriebssysteme der zweiten (1/120 mm) und dritten (1/1200 mm)
Generation laufen nur leer in der Luft mit (Pantograf-Pantomime).
Ich bin der Meinung, dass man alle Bauteile zuerst makroskopisch
perfektionieren sollte, bevor man damit in der Mikrowelt scheitert.
Ein altes und 12 neue Bilder zum besseren Verstaendnis,
leider ist der 3-fach geschachtelte 3-dimensionale Pantograf
mit 18 Freiheitsgraden auf den Fotos sehr unuebersichtlich.
http://s880616556.online.de/PYRAM-4.jpg
http://s880616556.online.de/GREIF1GF.JPG
http://s880616556.online.de/GREIF2GE.JPG
http://s880616556.online.de/WAGRAM1.JPG
http://s880616556.online.de/WAGRAM2.JPG
http://s880616556.online.de/WAGRAM3.JPG
http://s880616556.online.de/TESBIL1.JPG
http://s880616556.online.de/TESBIL2.JPG
http://s880616556.online.de/ANTRIE1.JPG
http://s880616556.online.de/ANTRIE2.JPG
http://s880616556.online.de/ANTRIE3.JPG
http://s880616556.online.de/ANTRIE4.JPG
http://s880616556.online.de/ANTRIE5.JPG
Das gesamte Antriebssystem mit den 3 Verkleinerungen der
18 Freiheitsgrade besteht aus einem einzigen Stueck Metall
ohne jeden Zwischenraum.
Es kommen zwar steife Eisenstaebe vor, und elastische Messingdraehte,
und dazwischen immer wieder Loet-Zinn, aber es gibt nirgendwo Gelenke.
Nur in den Greifern gibt es noch 3 Achsen, aber in der Mikrowelt
werde ich sie ebenfalls durch Torsionsdraehte ersetzen.
Gravier-Nadel-Halter der ersten Generation,
Parallel-Fuehrung mit Doppel-Cantilever:
http://s880616556.online.de/GRANAD1.JPG
Anders Sandberg:
http://www.aleph.se/Trans/Individual/Life/index.html
http://www.aleph.se/Trans/Individual/Self/index.html
Self-Replicating
Machines:
http://www.molecularassembler.com/KSRM.htm
Sehr schoene Simulationen und Animationen:
http://www.nanoengineer-1.com/mambo/index.php
http://video.google.com/videoplay?docid=-2022170440316254003
Meine Anmerkungen dazu:
1.) Simulationen zeigen nicht die reale Welt, sondern Hypothesen ueber sie.
2.) Rotationsbewegungen sind in der Nanowelt fast voellig ueberfluessig,
weil in ihr die Massentraegheit nur eine sehr geringe Rolle spielt.
Deshalb kann man hier einfache Schwinghebel verwenden,
weil hier die Festigkeit und die Elastizitaet dominiert.
3.) Falls man unbedingt die Rotation benoetigt:
Das einfachste molekulare Lager ist die einfache Atombindung,
wie sie zum Beipiel im Ethan H3C-CH3 vorkommt.
http://de.wikipedia.org/wiki/Ethan
4.) Elektrostatisch gefederte, kippende Platte:
http://s880616556.online.de/GRABUCK2.PNG
Nahfeld-Mikroskop mit Siliziumkarbid-Superlinse:
http://www.extremnews.com/nachrichten/wissenschaft/fa3b11430d73a63
Physiker erzeugen spitzeste Spitze:
http://www.2-0.scienceticker.info/2006/07/12/physiker-erzeugen-spitzeste-spitze/print/
Angela Belcher - Viren produzieren Nano-Materialien:
http://science.orf.at/science/news/146222
Go to Hell, und lerne die STED-Mikroskopie.
http://www.mpibpc.mpg.de/groups/pr/PR/2006/06_25/
Was soll das heissen?
http://www.mpibpc.mpg.de/groups/hell/PRESS_Detail_PRL_10.pdf
Die Ballistische Elektronen Emissions Mikrokopie (BEEM):
Ballistischer Elektronentransport durch C60-Moleküle:
http://www.uni-duisburg-essen.de/physik/fbphysik/Experiment/index.html
Molekular geprägte Polymere (MIPs):
http://barolo.ipc.uni-tuebingen.de/markierungsfrei.php?lang=de&show=28
Molecular
imprinting:
http://ak-sellergren.infu.uni-dortmund.de/
Molekulares Prägen von Polymeren,
sehr detaillierte pdf-Datei, besonders interessant ab
Seite 23:
http://edocs.tu-berlin.de/diss/2005/visnjevski_aleksandra.pdf
Wenn man Antikörper durch sogenannte Plastikörper, und
wenn man Enzyme durch sogenannte Plastizyme ersetzen kann,
die wesentlich haltbarer sind, und die das Gleiche leisten,
dann fragt man sich, wie viele Teile einer menschlichen Zelle
man dadurch fast fehlerfrei und unsterblich machen kann.
Mir schwebt da zum Beispiel eine Plasti-Telomerase vor, die
man mit Hilfe synthetischer Liposomen in die Zellen
einschleust.
http://www.bio-pro.de/de/region/freiburg/magazin/00896/index.html
Falls man eine natürliche Telomerase mit Liposomen in die Zellen
einschleusen würde, dann würde die natürliche Telomerase auf Grund
der Proteasen nur eine sehr kurze Lebensdauer in den
Zellen haben.
Gesunde Zellen mit eigener, natürlicher Telomerase sind mit Sicherheit
nützlich, aber Krebszellen mit eigener, natürlicher Telomerase sind
deshalb so gefährlich, weil sie sich unbegrenzt teilen
können.
Wenn nun eine Zelle, die eine Plasti-Telomerase erhalten hat, entartet,
und beginnt sich unkontrolliert zu teilen, dann bekommen ihre
Nachkommen pro Zellteilung nur noch die halbe Menge an Plasti-
Telomerase mit, was eine unkontrollierte Vermehrung sehr
bald verhindert.
Eine absterbende Zelle wird die Plasti-Telomerase zwar freisetzen,
aber ohne die synthetischen Liposomen kann diese Plasti-Telomerase
kaum noch von den anderen Zelllen aufgenommen werden.
Jetzt verstehe ich, was der Roadrunner mit
"MIP-MIP" gemeint hat.
http://skyblue.gen.tr/img/roadrunner.jpg
Nanomedizin für alle:
http://www.heise.de/tr/blog/artikel/72727
Nanopartikel geben durch ein magnetisches Wechselfeld
gesteuert Medikamente ab:
http://www.physorg.com/news114457143.html
Die Publikation dazu:
http://www3.interscience.wiley.com/cgi-bin/abstract/116844052/ABSTRACT
Ein ausführlicher Text zu diesem Thema mit Kochrezepten:
http://www.wipo.int/pctdb/en/wo.jsp?IA=WO2006108405&DISPLAY=DESC
Hier wird die Wärme allein zur Tötung der Krebszellen
verwendet:
http://www.wdr.de/tv/q21/1110.0.phtml
http://www.3sat.de/nano/bstuecke/17634/
Dendrimere mit Folsäure:
(Die Kommentare in diesem Artikel von "karl273"
sind von mir.)
http://science.orf.at/science/news/136729
Als Nährstoffe für die Einschleusung in die Krebszellen könnte man Glucose,
Folsäure (ist für die Thymidin-Synthese nötig), oder
Thymidin verwenden.
Thymidin wäre besonders interessant, weil es selektiv nur von sich teilenden
Zellen in großer Menge als DNA-Bestandteil benötigt wird, während für die
RNA-Synthese Uridin verwendet wird.
