Neben den Mikrorobotern ist aber auch die Nanorobotik Gegenstand der Forschung von Professor Nelson und seinem Forscherteam. Aktuelle Forschungsthemen sind weiterhin Mikrocomputerunterstützte Operationstechniken, die magnetische Manipulation von Nano-und Mikrorobotern, Fortbewegungstechniken, drahtlose Energieübertragung, die Elektrostimulation von biologischen Materialien und die Charakterisierung von Nano- und Mikrostrukturen 2.

Magnetische Steuerung von Mikrosystemen
Wenn ein Mikrosystem oder -bot im menschlichen Körper zur Anwendung kommt, muss man ihn steuern. Zwei ETH-Spinn-offs aus der Forschergruppe um Bradley Nelson beschäftigen sich genau mit dieser Thematik: dem Handling und der Steuerung von Mikrosystemen. Eines der Spin Offs heisst Aeon Scientific. Das 2010 gegründete Unternehmen entwickelte und patentierte eine elektromagnetische Steuerung für Mikrocomputer. Primär anvisiertes Einsatzgebiet ist derzeit die Herzchirurgie, die dank des Verfahrens sicherer und einfacher werden soll, doch auch für andere medizinische Disziplinen wie Neurochirurgie und gezielte Medikamentenabgabe bietet die Technologie grosses Potenzial. Auch das Spin-Off MagnebotiX beschäftigt sich mit kontaktfreier hochpräziser Mikromanipulationen. Eine medizinische Anwendung der Technologie ist der gezielte Stofftransport, der dazu dient, Medikamente zielgenau im Körper zu platzieren. Durch diese Form des Stofftransportes wird die Wirkung verstärkt und gleichzeitig die Belastung des Gesamtorganismus reduziert.

3D-Drucker für Nanoskalierung
Für die Herstellung komplexer Mikro- und Nanostrukturen erweist sich die additive Fertigung als unabdingbar. Am Laserzentrum Hannover, kurz LZH, einem Forschungszentrum, das sich unter anderem sowohl mit Nanotechnologie als auch mit additiver Fertigung beschäftigt, werden verschiedene Arten des 3D-Drucks im Nanobereich erforscht. «Man kann nicht alle Materialien verwenden, um 3D-Druck im Nanobereich durchzuführen. Metalle eignen sich nur für den Mikrobereich. Für den Nanobereich gibt es eigentlich nur die 2-Photonen-Polymerisation, kurz 2PP. Damit kommt man zu Strukturgrössen im Bereich von 100 Nanometern. Das ist das, was aktuell geht. Noch wird die Technologie hauptsächlich in der Forschung angewendet, aber die Industrie interessiert sich zunehmend dafür», erklärt Stefan Kaierle, Leiter des Geschäftsfeldes Additive Fertigung des LZH. «Ein weiterer Forschungsschwerpunkt des LZH im Bereich der Nanotechnologie ist der 3D-Druck von lebendem Zellmaterial mit dem Ziel, eines Tages lebende Organe beispielsweise für die Transplantation zu drucken. Ein bemerkenswertes Projekt im Bereich des Nano-3D-Drucks mit lebendem Zellmaterial ist das Meso-Brain Projekt. Ziel dieses EU-Projektes ist die Reproduktion der neuronalen Netze des Gehirns, um ein viel besseres Verständnis seiner Funktionsweise zu erreichen.» Sollte es in der Zukunft gelingen, funktionierende Teile eines menschlichen Gehirns zu drucken, so wären diese beispielsweise für die Transplantation nutzbar oder auch für Behandlungsscreenings, die dann nicht mehr in Tierversuchen oder an menschlichen Versuchspersonen durchgeführt werden müssten.

Potenzial und Folgen der Nanotechnologie
Nanopartikel werden seit etwa zehn Jahren in der Medizin verwendet. Nanoskalierung bedingt ein verändertes Verhalten von Stoffen. Neben den positiven Aspekten, die dadurch ermöglicht werden, müssen auch deren Folgen für den Menschen und die Umwelt betrachtet werden. Was man bisher weiss ist, dass die Nanopartikel sehr reaktionsfreudig sind und leicht haften – aneinander und an anderen Molekülen. Weltweit werden im Jahr mehrere Tausend Tonnen Nanopartikel hergestellt 5. «Auf die Frage, welche potenziellen Risiken entstehen, wenn grosse Mengen Nanomaterial in die Umwelt gelangt, hat die nanotoxikologische Forschung noch keine abschliessenden Antworten», sagt Christopher Coenen vom Institut für Technikfolgenabschätzung und Systemanalyse des Karlsruher Institutes für Technologie KIT. «Offenkundig ist aber besonderes Augenmerk auf den Produktionsprozess zu legen, also auf Fragen der Arbeitssicherheit und Gesundheit im Produktionsprozess.»

Heike Henzmann

Quellenverzeichnis
(1) www.ethz.ch/de/news-und-veranstaltungen/ethnews/news/2017/03/erc-advanced-grants-2017.html
(2) www.msrl.ethz.ch/de/forschung.html
(3) www.cytosurge.com/de_DE/page/technology
(4) www.cytosurge.com/de_DE/page/micro3dprinting
(5) www.gentechfrei.ch/nanotechnologie-2/1465-dienanomedizin-auf-dem-vormarsch