Roboter im Miniformat für biologischen Zellen
Das Rasterkraftmikroskop (AFM) ist ein leistungsstarkes Instrument, um die Oberflächentopografie biologischer Proben wie neuronale Wachstumskegel und zusammenfließende lebende Zellen zu bestimmen. Neben der Bereitstellung morphologischer Informationen unter physiologischen Bedingungen sowie während biologischer Prozesse hat es auch erstaunliche Möglichkeiten für die Analyse der strukturellen und funktionellen Eigenschaften von Biomolekülen auf submolekularer Ebene eröffnet. Im Gegensatz zu traditionellen Mikroskopen misst das AFM die Anziehungs- und Abstoßungskräfte, auf die eine scharfe Spitze am Ende des mikroskopisch kleinen Armes durch Beugung reagiert, wenn dieser über die Oberfläche der Probe geführt wird. Konventionelle Plattformen zur Mikromanipulation basieren auf relativ feststehenden Robotersystemen, die hohe Präzision und Wiederholbarkeit sicherstellen. Diese wird für verschiedene Experimente mit derselben Manipulationsanordnung gebraucht. Im Rahmen des europäischen Forschungsprojekts MICRON wurde ein Cluster völlig autonomer Mikroroboter entwickelt, die knapp einen Kubikzentimeter groß sind, um die Grundlage einer flexiblen Mikromanipulationsplattform zu bilden. Der Sensor des AFM wurde am Rotationsaktuator der Roboter, einem mehrschichtigen piezoelektrischen Aktuator, befestigt. Dadurch sind Bewegungen in drei orthogonalen Richtungen sowie die Steuerung der Position der AFM-Spitze im Nanometerbereich möglich. Die Energie, die zur Bewegung der Roboter eingesetzt wird, wurde auch zur simultanen Ausführung von Manipulationsaufgaben und Tests zu den mechanischen Eigenschaften lebender Zellen genutzt. Dadurch wird eine massive Reduktion des Stromverbrauchs erreicht. Außerdem wurde das Ende des handelsüblichen Arms zu einer ca. 1,5 μm langen nadelartigen Spitze geschärft. Damit kann der Messfühler komplexe biologische Systeme sehr viel detaillierter untersuchen als Standardspitzen. Die künftigen Forschungen der SIC-Gruppe (Sistemes d'Instrumentació i Comunicacions) an der Universität Barcelona werden sich mit lebenden Zellen in einer kontrollierten und sterilen Umgebung befassen. Mit der Weiterentwicklung des Systems und der Verfeinerung der Mikro-Robotiksysteme sollen wertvolle Laborinstrumente für die strukturelle Biologie und eventuell für industrielle Anwendungen entwickelt werden.
