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Regional Göttinger Wissenschaftler entwickeln Methode zur Messung winziger Kräfte
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15:54 12.06.2019
Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation Gruppenbild mit Grünalgen: Oliver Bäumchen, Christine Linne und Christian Kreis (von links) Quelle: r
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Göttingen

„Zukunftsorientiert – Lösungen, die verändern“: Dieses Motto hat der Landkreis für den Innovationspreis 2019 gewählt. Das Tageblatt stellt die Teilnehmer vor. Heute: Mikropipetten-Kraftsensoren.

Eine spezielle Art von Sensoren, mit denen sich die winzige Kräfte messen lassen, hat die Arbeitsgruppe von Biophysiker Oliver Bäumchen am Göttinger Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation mit finnischen Kollegen entwickelt. Dabei werden in einer Mikropipette, einer haardicken, hohlen Glasnadel, die Ausschläge von Mikroorganismen mit dem Mikroskop abgelesen.

Flinke Grünalgen

„Wir sind in der Lage, Kräfte von einigen Nanonewton zu messen“, berichtet Bäumchen. Zum Vergleich: Mit der Kraft eines Nanonewtons lässt sich das Milliardstel Gewicht einer Tafel Schokolade bewegen. Er benötigt die Methode zur Untersuchung von Grünalgen. Sie halten sich mit der Kraft einiger Nanonewton an Oberflächen fest oder bewegen sich mit dieser Kraft in einer Sekunde um das Zehnfache ihrer Körpergröße.

Algenzucht in Fotobioreaktoren

„Länder wie Australien, die USA oder Israel züchten Grünalgen in Fotobioreaktoren, um aus ihnen Biokraftstoffe herzustellen“, berichtet Bäumchen. Das sei wesentlich effizienter als etwa der Anbau von Raps für die Biodieselproduktion. Anders als bei Landpflanzen gebe es keine Probleme mit einer Überdüngung der Böden. Zudem würden die knappen Ackerflächen für den Lebensmittelanbau benötigt.

Bemannte Marsmissionen

„Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt erprobt Fotobioreaktoren in der Internationalen Raumstation“, weiß der Wissenschaftler. Grünalgen könnten bemannte Marsmissionen mit Sauerstoff und Nahrungsmitteln versorgen.

Probleme mit Biofilmen

„Ein Problem bei den Einzellern besteht darin, dass sie sich auf das Licht zubewegen und, wenn sie einen günstigen Standort gefunden haben, dort anhaften“, erläutert der Wissenschaftler. Es entsteht ein schwer zu entfernender Biofilm. Er verhindert, das andere Grünalgen ausreichend Licht bekommen. Um den Algen das Anhaften zu erschweren, verändern Ingenieure die Oberflächen. Allerdings kleben die Einzeller selbst auf Teflon, worauf sonst fast nichts hält.

Klebrige Proteine

„Wir haben herausgefunden, dass die Algen über einen Rezeptor verfügen“, berichtet Bäumchen. Ist das Licht stark, sorgt er für die Ausscheidung klebriger Proteine (Eiweiße). Wird es dunkler, löst sich die Alge wieder, um einen besseren Ort zu suchen. Mikrobiologen könnten durch Einsatz gentechnischer Verfahren den Rezeptor ausschalten. „Interessant sind auch die zuckerhaltigen Proteine“, sagt Bäumchen. Aus ihnen lasse sich eventuell ein Klebstoff entwickeln, der gut für feuchte Umgebungen geeignet sei. Danach bestehe Bedarf.

Verzicht auf Patentierung

„Wir haben überlegt, ob wir unsere Erfindung patentieren lassen“, berichtet der Wissenschaftler. Sie hätten sich aber dagegen entschieden und eine detaillierte Darstellung ihrer Methode 2019 veröffentlicht. Es sollten möglichst viele Wissenschaftler mit ihr arbeiten können. Er selbst habe die nun verfeinerte Methode, die es seit Anfang der 2010er-Jahre gebe, während eines zweijährigen Aufenthalts in Kanada kennengelernt. Älter sei die Rasterkraftmikroskopie, mit denen sich nur unbewegliche Einzeller untersuchen ließen.

Von Michael Caspar

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