Ultradünner „Nano-Anzug“ schützt vor Vakuum
Statt in dicken Raumanzügen zu stecken, könnten Astronauten eines Tages nur mit einer hauchdünnen Schutzschicht bekleidet durchs All spazieren. Japanische Forscher haben entdeckt, dass sich manche Insekten effektiv vor den schädlichen Wirkungen des Vakuums schützen können. Der „Nano-Anzug“ entsteht, wenn ein einfaches Tensid mit Elektronenstrahlen behandelt wird.
Japanische Wissenschaftler haben entdeckt, dass sich manche Larven durch einen Nano-Schutz vor dem Wasserverlust im Vakuum schützen können (D und E), während andere Larven innerhalb von fünf Minuten vertrocknen (B und C).
Foto: Hamamatsu University
Im Vakuum des Weltalls können Menschen und andere mehrzellige Organismen nicht überleben. Durch den fehlenden Außendruck wird dem Körper die Flüssigkeit entzogen, was schnell zum Tode führt. Eine vergleichbare Situation entsteht im Rasterelektronenmikroskop (REM), in dessen Probenkammer ebenfalls ein hohes Vakuum hergestellt wird. Das ist notwendig, weil die Luftmoleküle ansonsten die Elektronenbestrahlung absorbieren würden. Das Vakuum macht es allerdings nahezu unmöglich, lebende Tiere unter dem REM zu beobachten. Innerhalb weniger Minuten stirbt das Tier. Wollte man die Tiere bisher in hoher Auflösung unter dem REM studieren, musste man sie zuvor töten und aufwendig präparieren.
Schützende Polymer-Schicht ist 50 bis 100 Nanometer dünn
Nun haben japanische Forscher unter Takahiko Hariyama von der Hamamatsu University School of Medicine herausgefunden, dass manche Tiere unter bestimmten Umständen eine körpereigene Schutzschicht aufbauen, der das Vakuum nichts anhaben kann. Als die Wissenschaftler in einer Versuchsreihe verschiedene Insektenlarven unter dem REM untersuchten, kollabierten die meisten Larven erwartungsgemäß. Nur einige wenige Insektenarten, darunter die Fruchtfliege und das winzige sogenannte Bärtierchen, überlebten und waren auch nach einer Stunde noch munter.
Als Hariyama und seine Kollegen die nur wenige Millimeter großen Larven näher untersuchten, entdeckten sie, dass die Energie der Elektronen aus dem REM deren Hautoberfläche verändert hatte. Die Moleküle hatten sich miteinander verbunden, ein faltiger Film war entstanden, etwa 50 bis 100 Nanometer dünn. Diese Polymer-Schicht war flexibel, so dass sich die Larven ungehindert bewegen konnten. Gleichzeitig war sie stark genug, um die extreme Dehydrierung zu verhindern. „Die Oberfläche hielt sogar einer mechanischen Berührung stand“, sagt Hariyama. Wie ein Miniatur-Weltraumanzug.
Die Schutzschicht können Larven mit Hilfe der Strahlen aus dem Rasterelektronenmikroskop herstellen (oben) und sich optimal gegen Feuchtigkeitsverluste schützen. Bleibt die Strahlung aus, können die Larven im Vakuum keine Schutzschicht bilden und vertrocknen.
Quelle: Hamamatsu University
Die Larven, die einen solchen „Nano-Anzug“ aufgebaut hatten, entwickelten sich anschließend zu normalen Fliegen. Der Nano-Anzug wurde allerdings nur gebildet, wenn die Larven, gleichzeitig mit dem Vakuum auch dem Elektronenstrahl des Mikroskops ausgesetzt waren. In einem Vakuum ohne Bestrahlung starben die Fruchtfliegenlarven genau wie alle anderen Insekten.
Herkömmliches Tensid erzeugt ebenfalls einen Nano-Anzug
In einem nächsten Schritt suchten die Forscher nach Chemikalien, die den biologischen Schutz-Effekt auf künstliche Weise nachahmen konnten. Bei Polysorbat 20, einem herkömmlichen ungiftigen Tensid, das sich in Waschmitteln, Kosmetikprodukten und Lebensmitteln findet, waren sie erfolgreich. Tauchten sie Plattwürmer, Ameisen oder zuvor ungeschützte Moskitolarven in eine einprozentige Lösung dieses Tensids, überlebten auch diese das Vakuum im Elektronenmikroskop.
Die Entdeckung der japanischen Wissenschaftler ist vielversprechend. Bevor aber in der Zukunft vielleicht schützende Raumanzüge von der Dicke eines menschlichen Haares entwickelt werden könnten, konzentriert sich das Forscherteam auf das Naheliegende. Hariyama hofft, dass man mit Hilfe der Nano-Anzüge nun auch Videos der winzigen Organen der Insekten drehen kann. Das war bisher nicht nur wegen des Vakuums im REM, sondern auch wegen der Strahlendosis unmöglich. Denn die steigt bei höherer Auflösung und zerstört irgendwann das Untersuchungsobjekt. Nun suchen Hariyama und seine Kollegen nach einem Nano-Anzug, der sowohl vor den Auswirkungen des Vakuums als auch vor der tödlichen Strahlung schützen kann.
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