Menschliche Zellen auf Chips

Nanotechnologien für neue Solarzellen, für Batterien und sogar für die Herstellung von künstlichem Gewebe – daran arbeiten die Wissenschaftler des ZIK „MacroNano®“ und des Verbund-ZIK „BioLithoMorphie“ in Ilmenau und Dresden.

Die Forscher des thüringisch-sächsischen Verbund-ZIK wollen drucktechnische Methoden zur Herstellung gewebeähnlicher Strukturen nutzen, die in der medizinischen Forschung eingesetzt werden könnten – darüber berichteten die Ingenieure, Physiker und Molekularbiologen auf dem jährlichen Statusseminar an der Technischen Universität Ilmenau.

Biofilme und 3D-Geometrien

Erste Versuche zeigen: Auf dem natürlichen Polymer Zellulose lassen sich erfolgreich menschliche Zellen züchten. (Foto: Prof. Dr. Yixin Zhang, TU Dresden)
Erste Versuche zeigen: Auf dem natürlichen Polymer Zellulose lassen sich erfolgreich menschliche Zellen züchten.
Foto: Prof. Dr. Yixin Zhang, TU Dresden
Das Dresdner Team hat neuartige Biofilme auf Polymerbasis gefunden, auf denen bereits Stammzellen kultiviert wurden, die zu Hirnzellen differenzieren. Das Material, auf dem die Zellen wachsen, wird ohne chemische Reaktionen hergestellt, ist deshalb sehr viel reiner als konventionelle Biofilme, und die Zellen können sich darauf besser entwickeln. Damit die Zellen dreidimensional wachsen, nutzen die Dresdner Physiker die Zwei-Photonen-Absorption. Mit diesem speziellen Prozess können sehr viel dichtere Zellstrukturen erzeugt werden als mit UV-Licht, das normalerweise dafür genutzt wird. Ziel ist es, aus den Zellkulturen künstliches Gewebe zu erzeugen, das auf einem Chip kultiviert wird.
 

Währenddessen hat das Thüringer Team winzig kleine 3D-Geometrien entwickelt, in denen die Zellen wachsen sollen. Die Ilmenauer haben bereits Polymere mit sechseckigen Strukturen hergestellt, die den biologischen sehr ähneln und in denen die Zellen künftig zu Gewebe heranwachsen sollen.

Retro-Akku mit Nanodesign

Und auch bei MacroNano® gibt es Neuigkeiten. Die Arbeitsgruppe 3D-Nanostrukturierung arbeitet daran, die Effizienz von Solarzellen zu erhöhen. Dreidimensionale Nanostrukturen auf der Oberfläche sollen dabei helfen, mehr Sonnenlicht zu absorbieren. So genannte Superkapazitoren, die ebenfalls von den Ilmenauern entwickelt werden, können die gewonnene Energie besser speichern. Ihre Energiedichte wird durch die Kombination verschiedener nanostrukturierter Materialien erhöht.


Aus Ilmenau stammen neue Natrium-Ionen-Akkus (rechts im Bild), die länger Strom liefern und schneller aufgeladen werden als herkömmliche Akkus. (Foto: Prof. Dr. Yong Lei, TU Ilmenau)
Aus Ilmenau stammen neue Natrium-Ionen-Akkus
rechts im Bild, die länger Strom liefern und schneller aufgeladen werden als herkömmliche Akkus.
Foto: Prof. Dr. Yong Lei, TU Ilmenau
Außerdem will das MacroNano®-Team der Natrium-Ionen-Batterie zu einem Comeback verhelfen. Die Akkus sind bereits in den 70er Jahren entwickelt worden, zur selben Zeit wie Lithium-Ionen-Batterien. Letztere haben sich aufgrund der höheren Energiedichte durchgesetzt. Das wollen die Ilmenauer ändern, schließlich kosten Natrium-Ionen-Akkus weniger als die Hälfte, denn Natrium ist leichter zugänglich als Lithium. Durch ein neues Material- und Elektrodendesign mit geordneten Natrium-Nanostrukturen sollen sie die Lithium-Ionen-Akkus in puncto Energiedichte und Performance künftig überholen. Große Konzerne wie Samsung sind bereits sehr an der Arbeit der MacroNano®-Forscher interessiert.


Weitere Informationen zum Verbund-ZIK BioLithoMorphie und zum ZIK MacroNano®