Am Zentrum für Nanotechnologie und Nanomaterialien an der TU München arbeitete Karoline, unsere Teamleiterin, erstmals mit DNA-Origami. Sie sammelte nicht nur Erfahrungen im Umgang mit diesem neuen Material, sondern war von Beginn an fasziniert von der Herausforderung erfolgreich makroskopische 3D Kristalle zu erzeugen. Daher zögerten wir nicht, uns zu bewerben, als wir von dem von Airbus ausgeschriebenen Wettbewerb erfahren haben.

Das Airbus/Kiwi Team hat Anfang 2018 erstmalig einen deutschlandweiten Wettbewerb ausgerufen. Es wurde nach den spannendsten und innovativsten wissenschaftlichen Experimenten gesucht, um sie auf die Internationale Raumstation ins Space TangoLab zu bringen.

Nachdem wir uns mit unserer Idee bei dem Wettbewerb bei Airbus Defence & Space in Friedrichshafen durchsetzen konnten, haben wir durch eure Unterstützung jetzt die Möglichkeit, unser Kristallisationsexperiment ins All zu schicken!

Wir freuen uns darauf die folgenden drei Aufgaben zu bewältigen:

• Mit einer erfolgreichen Crowdfunding-Kampagne die Finanzierung unseres Projekts sichern
• Die Automatisierung unseres Experiments in dem vorgegebenen Volumen der Science Box umsetzen
• Notwendige Versuchsreihen zur Vorbereitung des Experiments im Labor durchführen

Wir verbinden das notwendige interdisziplinäre Wissen aus Chemie, Biochemie, Physik und Ingenieurwissenschaften. Dieser Austausch verschiedener Fachrichtungen und das Zusammenarbeiten an einem gemeinsamen Ziel bringt viele Ideen und innovative Lösungsansätze hervor. Gemeinsam werden wir ein automatisiertes Kristallisationsexperiment bauen, welches die erfolgreiche Kristallisation von DNA-Origami in Mikrogravitation ermöglicht.

Unser Experiment nutzt die optimalen Bedingungen zur Zucht von Kristallen auf der ISS und wird eine neue Form dieses Nanomaterials erschaffen. Ein DNA-Origami-Kristall hat großes Potential, Anwendung als nanoelektronische Komponente zu finden, und soll in der Medizin und zur Strukturaufklärung von Biomolekülen eingesetzt werden. Mikrogravitation bietet optimale Bedingungen für Kristallwachstum, da hier Konvektions- und Sedimentationseffekte vernachlässigbar klein sind. So kann ein regelmäßiger und reiner Kristall gezüchtet werden.

Ein weiterer wissenschaftlicher Aspekt unseres Experiments wird es sein, die Möglichkeit zu haben, erstmals DNA-Origami Strukturen ins All zu schicken und die Einflüsse auf dieses innovative Material zu untersuchen. Als vielversprechendes Material für künftige Weltraum­missionen, ist das Verhalten dieses neuen Nanomaterials in Mikrogravitation natürlich von großem Interesse.

DNA-Origami Nanostrukturen gibt es seit 2006, in den letzten 12 Jahren hat diese Technik unglaubliche Fortschritte erzielt. Es wurden bereits funktionale DNA-Origami Rotoren und Boxen mit steuerbarem Deckel gebaut.  Für die Raumfahrt sind DNA-Origami ein höchst interessantes Material, da diese Nanostrukturen ein geringes Gewicht haben und selbst­assemblierend sind. Darüber hinaus sind sie aus Bakterien herstellbar, einem billigen nachwachsenden Rohstoff. 

Kapitalverwendung

Schwelle 190.000€

Wird unsere Fundingschwelle erreicht, werden wir den Flug zur ISS sowie einen Platz in der Plattform Space TangoLabs buchen. Für unseren dreistufigen Experimentaufbau, die vorausgehenden Versuchsreihen, die Kristallisationsansätze im All und die parallel laufenden Kontrollansätze auf der Erde benötigen wir synthetische DNA Stränge und Chemikalien. Ihre Unterstützung ermöglicht uns außerdem den Bau der Science Box mit der notwendigen Hardware, um das Experiment mit drei verschiedenen DNA-Origami Strukturen automatisiert zu starten und zu betreiben.

233.000€ - 318.000€

Bei Überschreiten der Fundingschwelle, können wir für jeweils 42.600€ eine weitere DNA Origami Struktur ins All schicken. Bis zu sechs Strukturen pro Science Box sind sinnvoll.

Mit Ihrer Hilfe wollen wir das enorme Potential von DNA-Origami Kristallen für den Bereich der Robotik, Nanocomputertechnik und Medizin erschließen.

DNA-Origami ist eine neue Technik der Nanowissenschaften, welche es ermöglicht selbstassemblierende Strukturen mit Nanometerpräzision zu bauen. Die verwendete DNA wird nicht als Träger von Erbinformation gesehen, sondern als „bottom up“ Baumaterial. Aus vielen nanometergroßen Elementen setzt sich die gewünschte Struktur zusammen. Aus DNA Einzelsträngen werden dreidimensionale Objekte gefaltet. Es können die unterschiedlichsten Formen zum Beispiel ein Oktaeder- oder Würfel realisiert werden. Diese Technik gibt es erst seit 12 Jahren, aber bereits heute ist es möglich funktionale Strukturen zu bauen!

Der nächste Schritt wird es sein, das Material um die Nanometer-Ebene zu erweitern und größere Strukturen zu bauen. Hier denkt man an Kristallbildung, wo sich aus Millionen von DNA-Origami Strukturen eine große, sehr stabile Struktur zusammensetzt. Makroskopische 3D DNA-Origami Kristalle zu bauen ist bisher aber eine ungelöste Aufgabe. Kristalle sind sehr regelmäßige Strukturen mit definierten Abständen, diese Eigenschaft kann man ausnutzen um beispielsweise nanoelektronische Komponenten für einen DNA-Computer herzustellen. Hierbei kann die außergewöhnliche Modifizierbarkeit von DNA-Bausteine ausgenutzt werden.

Das Space Origami Kristallisationsexperiment wird in einem Würfel mit einem Liter Volumen im Oktober 2019 auf die ISS geschickt. Das Experiment wird ohne Interaktion von Astronauten automatisiert gestartet. Dann beginnt das Kristallwachstum für mindestens 30 Tage. Währenddessen können wir den Fortschritt unseres Experiments mit eingebauten Kameras beobachten.

Unsere DNA Strukturen werden mit Fluoreszenzfarbstoffen markiert, so dass wir trotz der geringen Größe von DNA-Origamis ihr Verhalten auch ohne 1000fache Vergrößerung in der Science Box untersuchen können. Somit können wir direkt das parallel laufende Experiment auf der Erde mit dem auf der ISS vergleichen.

Nach ihrer Zeit auf der ISS wird die Science Box wieder auf die Erde geschickt und die Proben werden von uns analysiert (Röntgenstrukturanalyse der Kristalle). Durch die Analyse schon eines erfolgreich gewachsenen Kristalls, können wir Rückschlüsse darauf ziehen, wie DNA-Origami Kristallwachstum auf der Erde funktioniert, um so auch hier Kristalle herzustellen.

Drei Studienrichtungen, drei Nationalitäten und eine Mission, für die wir gemeinsam alles geben. Zusammen und mit Eurer Unterstützung können wir dieses spannende Projekt erfolgreich durchführen.

Karoline Kadletz

Teamleiterin

Seit ihrer Bachelorarbeit in dem Bereich ist Karoline fasziniert von DNA-Origami und den Möglichkeiten dieser Nanotechnologie und befasst sich nun seit über einem Jahr mit verschiedensten DNA-Origami Strukturen am Lehrstuhl für biomolekulares Design. Als Biochemikerin mit viel Erfahrung im Bereich der DNA-Origami Technologie kümmert sie sich um die Auswahl und Vorbereitung der DNA-Origami Strukturen, welche als Kristallisationsansätze auf die ISS geschickt werden sollen, als Teamleiterin um Koordination, Planung und Management der Space Origami Mission. Die gebürtige Wienerin hat 2013 mit ihrem Studium an der TUM begonnen, einen kurzen Abstecher zum Indian Institute of Technology in Delhi gemacht und studiert nun im Master Biochemie an der TUM.

Joram Gruber

System Ingenieur

Unser gebürtiger Bayer, Joram, schloss seinen Bachelor in Maschinenbau mit Schwerpunkt Konstruktion an der FAU Erlangen-Nürnberg ab, bevor es ihn wieder zurück nach München zog. Dort studiert er seit 2016 an der TU München Maschinenwesen im Master. Schon immer an Luft- und Raumfahrt interessiert, arbeitete Joram unter anderem für den Turbinenhersteller MTU Aero Engines sowie für den Lehrstuhl für Raumfahrttechnik an der TU München. Innerhalb von Space Origami ist Joram als Ingenieur dafür zuständig, die Box, die das Zuhause der DNA Kristalle werden soll, zu entwickeln. Durch die Projekterfahrung aus dem konstruktiven Bereich in Erlangen und die Vertiefung während seines Studiums in München und Istanbul konnte Joram alle notwendigen Fertigkeiten erwerben, um die Entwicklung des Gesamtsystems zu leisten.

Marija Sorokina

Experimentmanagement

Marija wurde in Riga in einer Familie von Naturwissenschaftlern geboren. Seit der Schulzeit lag ihr Interesse im Fachbereich Chemie. Nach ihrem Abitur begann Marija ihren naturwissenschaftlichen Werdegang in Österreich und im Jahr 2016 erwarb sie ihren Bachelor-Titel in Chemie an der Karl-Franzens-Universität in Graz. Im gleichen Jahr kam sie nach München, wo sie ihr Master-Studium im Fachbereich Chemie an der TUM begann. Expertenwissen im Bereich Chemie ermöglicht Marija das DNA Origami Experiment zu gestalten und zu planen und so das faszinierende zukunftsorientierte Space Origami Projekt zu verwirklichen.

Floris Engelhardt

Mentor Kristallisation

Wissenschaftliche Mitarbeiterin am Lehrstuhl für biomolekulares Design (Prof. Dietz). Sie arbeitet seit mehreren Jahren unter anderem an Kristallisation von DNA-Origami und unterstützt das Team mit ihrem Fachwissen und ihrer Erfahrung.

Fabian Schneider

Mentor Experimentaufbau

Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für biomolekulares Design. Er unterstützt das Team als Physiker bei der Implementierung des Experiments in den gegebenen Rahmen auf der ISS.

Im Februar 2018 bildete sich unser Space DNA-Origami Team, im Zuge des von Airbus ausgeschriebenen Science-Box-Wettbewerbs. Nach dem Erfolg in der internen TU-München Vorauswahl durch den ehemaligen Astronauten Prof. Walter, bereitete sich das Team auf den deutschlandweiten Pitch vor.

Vor einer Kommission von Airbus Managern und Crowdfunding Experten konnten wir schließlich im Juni 2018 bei Airbus Defence and Space in Friedrichshafen mit unserem Experiment überzeugen.

Seitdem hat unser Team schon viele Stunden im Labor verbracht, um die besten Strukturen für das Experiment im All auszuwählen und einen geeigneten Aufbau für die Science Box zu entwerfen.

Im Oktober 2019 soll unsere Science Box, gefüllt mit den ausgewählten DNA-Origami Strukturen mit SpaceX19 zur ISS gebracht werden. Hier wird das Experiment zunächst im Space TangoLab untergebracht, wo wir es starten und die Bild Aufnahmen durchführen. Nach etwa 30 Tagen wird die Science Box in einem Temperaturschrank der ISS gelagert bis sie wieder auf die Erde gebracht wird.

Nach dem Flug folgt eine umfassende Auswertungsphase. Danach ist das Veröffentlichen unserer Ergebnisse und damit zielgerichtete Anschlussforschung unser Ziel. In Folge wollen wir einen DNA-Origami Kristall auf der Erde erschaffen.

Space DNA-Origami benötigt jetzt Ihre Unterstützung, um die Experimente fortführen zu können und die Science Box erfolgreich auf die internationale Raumstation zu bringen.

Wir sind ein Studententeam und schätzen uns sehr glücklich, dass wir von Experten auf dem neuen Forschungsgebiet DNA-Origami unterstützt werden. Herr Professor Dr. Hendrik Dietz stellt uns sein Labor für Experimente zu Verfügung und steht uns mit seinen Doktoranden mit ihrem Fachwissen beratend zur Seite.

Außerdem unterstützt uns der Lehrstuhl für Raumfahrttechnik, Herr Professor Dr. Ulrich Walter, mit seiner Expertise im Bereich System Engineering und seinem reichen Erfahrungsschatz in der Raumfahrt.

Das Airbus/Kiwi-Team steht uns beim Aufbau und der Fertigung unserer Science Box zur Seite, so dass einem erfolgreichen Flug und Experiment nichts im Wege steht.