Was ist eine Nanomaschine?
Nanomaschinen sind sehr kleine Maschinen, deren Abmessungen oder Komponenten in Nanometern gemessen werden. Eine Nanomaschine kann größer als 1.000 Nanometer sein, normalerweise jedoch nicht größer als 10.000 Nanometer (10 Mikrometer). Das Design und die Herstellung von Nanomaschinen ist ein Ziel in der großen und gut finanzierten Disziplin der Nanotechnologie, obwohl viele Beschäftigte in der Nanotechnologie den weniger ehrgeizigen Weg einschlagen, passive nanoskalige Materialien zu entwerfen. Eine Nanomaschine bezeichnet ein aktives, funktionierendes System mit nanoskaligen Komponenten.
Der menschliche Körper ist mit Nanomaschinen gefüllt, die wahrscheinlich den größten Teil seiner Masse ausmachen. Eine Zelle kann als Nanomaschine betrachtet werden, da sie aus nanoskaligen Komponenten besteht. Eine noch offensichtlichere Nanomaschine wären Ribosomen, molekulare Fabriken, die Proteine synthetisieren. Ribosomen haben einen Durchmesser von etwa 20 Nanometern. Andere biologische Nanomaschinen wären Bakterien und Viren.
Gegenwärtig befinden sich Nanomaschinen im Wesentlichen noch in der Forschungs- und Entwicklungsphase, obwohl die Forscher sehr zuversichtlich sind, dass sie ein langfristiges Potenzial haben. Eine Nanomaschine, die im April 2008 von Forschern des Nano Machine Center am California NanoSystems Institute der UCLA angekündigt wurde, kann bei Aktivierung durch Licht Krebsmedikamente in der Zelle freisetzen. Die als Nanoimpeller bezeichnete Maschine besteht aus mesoporösen Siliciumdioxid-Nanopartikeln, deren Poren mit Azobenzol beschichtet sind, einer Chemikalie, die je nach Lichteinwirkung zwischen zwei verschiedenen Positionen wechseln kann. Das Innere des Nanoimpellers wurde mit einem Krebsmedikament gefüllt und dann in menschliche Krebszellen in Kultur eingebracht, wo sie durch Lichteinwirkung dazu gebracht wurden, ihre Nutzlast freizusetzen. Durch Variation der Intensität und Wellenlänge des Lichts konnten die Forscher ihre Nanomaschine präzise steuern.
Weitere interessante Nanomaschinen wurden von Nadrian Seemans Labor am New York University Department of Chemistry gebaut. Mit Hilfe von DNA hat Dr. Seeman aktive Gitter-Arrays hergestellt, die sich zwischen Konfigurationen abwechseln, und sogar einen DNA-"Walker", der sich auf molekularen "Beinen" vorwärtsbewegen kann. Seemans Labor hat die Vielseitigkeit von DNA als Baumaterial für Nanomaschinen demonstriert.
Obwohl sich Nanomaschinen gerade in der Forschungsphase befinden, könnten ihre größten langfristigen Auswirkungen in den Bereichen Fertigung, Medizin und Militär liegen. Wenn Nanomaschinen dazu gebracht werden könnten, sich selbst zu replizieren, oder mithilfe der Selbstorganisation in großen Mengen gebaut und zur Zusammenarbeit bei der Erstellung von Objekten programmiert werden könnten, könnten sie zu einem kundenspezifischen Fertigungssystem geformt werden, das weitaus leistungsstärker ist als alles, was heute existiert. Ein solches hypothetisches Desktop-Gerät wurde als Nanofabrik bezeichnet.