Abstrakt

Nano-Biobergbau mit Bakterien zur Produktion von Nanomineralien-

Reza Javaherdashti

 In dieser Arbeit schlagen wir vor, den TRIZ-Ansatz zur Nutzung magnetotaktischer Mikroorganismen zur Extraktion der von diesen Mikroorganismen natürlich erzeugten Magnetoseme anzuwenden. Genauer gesagt empfehlen wir, den zweiten TRIZ-Grundsatz (BioTRIZ) auf den speziellen Fall magnetotaktischer Mikroorganismen anzuwenden: Wir spekulieren, dass es möglich sein könnte, diese Mikroorganismen mit bestimmten Mengen eisenhaltiger Nährstoffe zu unterstützen, um Magnetosomen mit unterschiedlichen, anziehenden Nanogrößen herzustellen. Dann können die Mikroorganismen getötet und die von ihnen erzeugten, natürlich gebildeten Nanomagnete „herausgenommen“ werden. Diese Nanomagnete könnten dann in verschiedenen Anwendungen eingesetzt werden, beispielsweise in Nanogeneratoren oder ähnlichen Nanogeräten. Die hier vorgestellte Idee weist die folgenden Besonderheiten auf: 1. Anwendung von (Bio-)TRIZ-Grundsätzen auf die Bio-Nanotechnologie. 2. Vorstellung des neuen Konzepts des „Nano-Bio-Mining“, bei dem lebende Organismen in kleinerem Maßstab modifiziert werden können, um nanogroße Metallklumpen zu erzeugen, die dann ausgestoßen und in verschiedenen Anwendungen eingesetzt werden können. In der heutigen Zeit, zumindest seit den 1950er Jahren, wurde die Forschung als präzise Strategie übernommen, die sich bis auf wenige Standards definieren lässt. Heutzutage ist kritisches Denken und Innovation durch eigentümlich aussehende Forscher, die häufig verallgemeinert werden, unmöglich. Oder vielleicht hat die Innovation ihren eigenen Werkzeugkasten und ihre eigene Berechnung. Ein erstaunlicher Innovationsfaktor ist TRIZ. TRIZ ist die Verdichtung des russischen Ausdrucks „Ã'‚à µà ¾Ã'€à ¸Ã' Ã'€à µÃ'ˆà µà ½à ¸Ã' à ¸à ·à ¾à ±Ã'€à µÃ'‚à °Ã'‚à µà »Ã'ÂŒÃ' à ºà ¸Ã'Â… ÷à °à ´à °Ã'‡" das kann sein entschlüsselt als „Die Theorie des kreativen Denkens“. TRIZ hat interessante Merkmale, darunter seine 40 Prinzipien. Die grundlegenden Merkmale von TRIZ und ihre Bedeutung wurden in der Arbeit von Levbare et al. behandelt. Auf der Grundlage ihrer Arbeit können wir diese Merkmale wie folgt zusammenfassen: Das zweite Prinzip von TRIZ ist „Entfernen“. Dieses Prinzip kann wie folgt ausgedrückt werden: „Einen störenden Teil oder eine störende Eigenschaft von einem Gegenstand absondern oder den wichtigsten wichtigen Teil (oder die wichtigste Eigenschaft) eines Gegenstands herausheben“ (http://www.1000advices.com). In diesem Artikel werden wir dieses zweite Prinzip von TRIZ in einem biologischen Rahmen (Magnetotaktische Bakterien) anwenden, um eine neue Methode für die nanobiotechnologische Untersuchung von Mustern vorzuschlagen. Unter den verschiedenen Arten von Mikrolebewesen, die in der Natur vorkommen, gibt es eine Klasse von Mikroorganismen, die allgemein als „Magnetotaktische Bakterien“ oder – entsprechend – magnetische Mikroorganismen bezeichnet werden können. Diese Mikroorganismen werden aufgrund ihrer Fähigkeit, Nanomagnete in ihrem „Körper“ zu bilden, attraktiv genannt. Die normale Größe jedes dieser Nanomagnete (Magnetosom genannt) beträgt etwa 50 nm.In der Mitte der 1970er Jahre wurden attraktive Mikroorganismen entdeckt, die entweder Sauerstoff verbrauchen oder anaerob sein können. Diese Mikroorganismen können auch bei der Entfernung von Metallen hilfreich sein und – möglicherweise – als „Bodenreiniger“ für kontaminierte Böden fungieren. Da attraktive Mikroorganismen in der Lage sind, große Mengen an Eisen zu binden, wird vermutet, dass sie ein wichtiger Faktor bei der Entstehung von Erosion sein könnten. Laut Hughes besteht ein Magnetosom zwar zu 80 % aus Magnetit (Fe3O4), es ist jedoch durchaus möglich, dass in einigen attraktiven Mikroorganismen auch andere Eisenmineralien – beispielsweise Eisensulfide – vorkommen. zeigt den möglichen Mechanismus, durch den Fe3O4 in Magnetosomen gebildet werden kann. Daraus folgt, dass man sich magnetotaktische Mikroorganismen als kleine natürliche Produktionsanlagen vorstellen kann, in denen sich voraussichtlich Nanomagnete (Magnetosomen) bilden, sofern die erforderlichen Mengen an Eisen vorhanden sind. Dies ist in zweierlei Hinsicht ein wichtiger Teil unseres Vorschlags: Es sind die Magnetosmen, die in unserer Hypothese im Mittelpunkt des zweiten TRIZ-Leitfadens stehen werden. Es sind diese Magnetosomen – als Nanomagnete – die die wesentlichen „Bausteine“ darstellen: zur Nutzung anziehender Mikroorganismen. Nanomagnete haben verschiedene Anwendungsgebiete, beispielsweise in der Medizin oder auch in der Datenspeicherung. Auf diese Weise werden Nanomagnete mit der Zeit nicht nur für die vielseitigen Dienste wichtig, die sie uns bieten können, sondern auch für die Reduzierung der Gerätegröße sowie für die Einhaltung des 6. TRIZ-Prinzips (Universalität) und des 28. TRIZ-Prinzips (mechanische Substitution). Wie alle anderen Bereiche der Wissenschaft und Technologie haben die Biotechnologie und insbesondere die Nano-Biotechnologie ein enormes Potenzial für die Anwendung von TRIZ-Prinzipien als Algorithmus für Produktionen. In dieser Arbeit haben wir vorgeschlagen, dass das zweite TRIZ-Prinzip (das Prinzip des „Entfernens“) auf biologische Systeme angewendet werden kann. Das Modell hierfür waren magnetotaktische Mikroorganismen. Magnetotaktische Mikroorganismen bilden nanogroße Magnete (Eisenoxid) – die Magnetosomen genannt werden –, die sie natürlicherweise durch Aufnahme von Eisen produzieren. Es wurde vorgeschlagen, dass natürlich vorkommende Magnetosomen in Mikroorganismen erzeugt werden können und – möglicherweise mit Kontrollmechanismen, wie z. B. der Aufnahme von Eisen – verschiedene Größen dieser Magnete in Mikroorganismen erzeugt werden können. An diesem Punkt können diese Magnete „herausgenommen“ und in Anwendungen wie, aber nicht beschränkt auf, Nanomagneten verwendet werden. Möglicherweise kann dieser Vorschlag auch die Entwicklung anderer Mineralien in Nanogröße umfassen, beispielsweise Eisenoxid. Wir bezeichnen den gesamten Prozess der Entwicklung solcher Mineralien in den Mikroorganismen und der anschließenden Extraktion als „Nanobiobergbau“, da die Größe des Minerals im Bereich von Nanopartikeln liegt, die Quelle, an der das Mineral in natürlicher Form gebildet wird,das sind Mikroorganismen, und die Tätigkeit des Trennens und Herausnehmens dieser Mineralien ähnelt dem Bergbau, da Metalle aus ihren Mineralien gewonnen und entfernt werden. Die hier vermittelte Idee hat die folgenden Kuriositäten: Anwendung von (Bio) TRIZ-Standards auf die Bio-Nanotechnologie. Präsentation der neuen Idee des „Nano-Bio-Bergbaus“, bei dem lebende Lebensformen im Miniaturmaßstab angepasst werden könnten, um metallische Intensivstoffe in Nanogröße herzustellen, die dann ausgestoßen und in verschiedenen Anwendungen eingesetzt werden können. In dieser Arbeit schlagen wir vor, den TRIZ-Ansatz auf die Verwendung magnetotaktischer Bakterien zur Extraktion der von diesen Bakterien natürlich produzierten Magnetoseme anzuwenden. Genauer gesagt schlagen wir vor, das 2. Prinzip von TRIZ (BioTRIZ) auf den speziellen Fall magnetotaktischer Bakterien anzuwenden: Wir gehen davon aus, dass es möglich sein könnte, diese Bakterien mit bestimmten Mengen eisenhaltiger Nährstoffe zu nähren, um Magnetosomen unterschiedlicher, wünschenswerter Nanogrößen zu erhalten. Dann können die Bakterien abgetötet und die von ihnen produzierten biologisch geformten Nanomagnete „herausgenommen“ werden. Diese Nanomagnete können dann in verschiedenen Anwendungen eingesetzt werden, beispielsweise in Nanogeneratoren oder ähnlichen Nanogeräten. Die hier dargelegte Idee weist folgende Neuerungen auf: 1. Anwendung der (Bio-)TRIZ-Prinzipien auf die Bio-Nanotechnologie. 2. Einführung des neuen Konzepts des „Nano-Bio-Mining“, bei dem lebende Mikroorganismen so programmiert werden können, dass sie nanogroße Metallverbindungen herstellen, die dann entfernt und in verschiedenen Anwendungen eingesetzt werden können.Einführung des neuen Konzepts des „Nano-Bio-Mining“, bei dem lebende Mikroorganismen so programmiert werden können, dass sie metallische Verbindungen in Nanogröße herstellen, die dann entfernt und in verschiedenen Anwendungen eingesetzt werden können.Einführung des neuen Konzepts des „Nano-Bio-Mining“, bei dem lebende Mikroorganismen so programmiert werden können, dass sie metallische Verbindungen in Nanogröße herstellen, die dann entfernt und in verschiedenen Anwendungen eingesetzt werden können.