Biologisches Bauteil Viren produzieren Strom

Eine umweltfreundliche Methode, elektrische Energie zu erzeugen: So beschreiben Forscher ihren aus Viren gebauten Generator. Das winzige Bauteil könnte Strom für Nanotechnik-Geräte liefern - oder auch für Handys und andere Alltagsgeräte, meinen die Entwickler.

Prinzip des Virengenerators (Zeichung): Bei Druck wird eine Spannung erzeugt
DOE/ Lawrence Berkeley National

Prinzip des Virengenerators (Zeichung): Bei Druck wird eine Spannung erzeugt


Forscher haben einen Stromgenerator aus Viren konstruiert: Ein Fingerdruck reicht und das nur briefmarkengroße Gerät wandelt die ausgeübte Kraft in elektrische Energie um. Im Generator sind stäbchenförmige Viren in mehreren Schichten angeordnet. Sie verändern unter Druck ihre Lage und damit auch die elektrischen Ladungen in den Generatorschichten - das erzeugt Strom. Bereits ein Quadratzentimeter großer Generator produziere sechs Nanoampere Strom und 400 Millivolt Spannung, berichten die Wissenschaftler im Fachmagazin "Nature Nanotechnology". Das reiche aus, um ein kleines LCD-Display zu steuern. Die Größe und Leistung des Generators ließe sich erhöhen, wenn man mehrere Bauteile parallel oder in Reihe koppele.

"Dies ist ein vielversprechender erster Schritt hin zu der Entwicklung von miniaturisierten Stromlieferanten, beispielsweise für nanoelektronische Bauteile", schreiben Byung Yang-Lee von der University of California in Berkeley und seine Kollegen. Auch Alltagselektronik könnte ihrer Ansicht nach zukünftig durch solche Virengeneratoren mit Strom versorgt werden. Eingebaut in die Schuhsohle oder in andere mechanisch beanspruchte Objekte, liefere der Virengenerator genügend Energie, um ein Handy oder andere kleine Geräte anzutreiben.

Der Generator besteht aus zwei Goldelektroden, zwischen die rund 20 dünne Schichten aus Viren eingeschlossen sind. Die Viren, sogenannte M13-Bakteriophagen, haben die Form eines kleinen Stäbchens mit spiralförmig angeordneten Vorsprüngen. Per Genmanipulation ergänzten die Forscher diese Stäbchen noch mit vier etwas größeren, negativ geladenen Anhängen.

In einem schwachen elektrischen Feld ordnen sich die Stäbchen in Reihen an. Wird der dünne Virenfilm zusammengedrückt, verdrehen sich die Stäbchen leicht. Ihre geladenen Anhänge zeigen dann in andere Richtungen als vorher. Die veränderte Wechselwirkung dieser Ladungen erzeugt eine geringe Spannung und somit auch einen Strom. Forscher bezeichnen eine solche Umwandlung von mechanischer Verformung in elektrische Energie auch als piezoelektrischen Effekt.

Display zum Leuchten gebracht

Sichtbar machten die Wissenschaftler den vom Virengenerator erzeugten Strom, indem sie ein kleines Display anschlossen. Drückten sie mit dem Finger auf das Bauteil, leuchtete auf dem Display die Ziffer "1" auf.

"Solche virenbasierten piezoelektrischen Materialien bieten eine einfache und umweltfreundliche Möglichkeit, elektrische Energie zu erzeugen", sagen die Forscher. Bisherige Materialien für solche Bauteile seien oft hochgiftig, die Viren dagegen nicht.

Die für das Gerät eingesetzten Bakteriophagen gehören zu einer Virengruppe, die nur Bakterien befällt. In diesen vermehren sich die Viren in kürzester Zeit millionenfach und können daher leicht gezüchtet werden. Phagen werden bereits heute eingesetzt, um bestimmte Funktionsmaterialien herzustellen, wie die Forscher berichten. Auch künstliche Gewebe für die Medizin würden häufig mithilfe von Phagen produziert. Ein einzelner Bakteriophage ist rund 880 Nanometer lang und hat einen Durchmesser von knapp sieben Nanometern.

Die Viren richten sich außerdem von selbst in der benötigten Anordnung aus. Eine solche Selbstorganisation gilt als wichtiger Schritt zur effektiveren Produktion von Nanotechnologie-Bauteilen.

wbr/dapd

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