21.02.2012 · Forschern ist es gelungen, aus DNA-Molekülen elastische Röhrchen herzustellen, die sich mit Biomolekülen bepacken lassen - so entstehen Materialien für elektronische Bauteile.
Von Uta Bilow
Die Erbsubstanz ist aufgrund ihrer Fähigkeit zur Selbstorganisation für Nanowissenschaftler ein ungemein attraktives Molekül. So lagern sich zwei DNA-Stränge von selbst aneinander und verbinden sich zur charakteristischen Doppelhelix-Struktur. Diese Eigenschaft wird gerne dazu genutzt, kleine Strukturen mit Abmessungen von wenigen Nanometern herzustellen, die mit konventionellen Verfahren nicht erzeugt werden können. Israelischen und deutschen Forschern ist es nun gelungen, aus den DNA-Molekülen winzige elastische Röhrchen mit verschiedenen Durchmessern herzustellen. Die Röhrchen lassen sich gezielt mit Metallpartikeln oder Biomolekülen bepacken, so dass sie als Ausgangsmaterialien für optische und elektronische Bauteile genutzt werden können.
Im ersten Schritt haben die Forscher um Itamar Willner von der Hebräischen Universität von Jerusalem und Michael Mertig von der Technischen Universität Dresden eine große Zahl von DNA-Strängen zu einem flächigen hexagonalen Muster verknüpft. Jedes Sechseck bestand aus Hunderten komplementären Basenpaaren. Jede Schicht ließ sich wie ein Blatt Papier krümmen und zu einem Röhrchen aufrollen. Die Oberfläche der Röhren war dadurch von einem bienenwabenförmigen Muster überzogen, was den zylindrischen Strukturen eine gewisse Stabilität verlieh.
Auf diese Weise entstanden allerdings stets Bündel von Röhrchen, die obendrein ganz unterschiedliche Durchmesser aufwiesen. Ein Nachteil für spätere Anwendungen, für die man einheitliche DNA-Zylinder benötigt. Mit einem Trick gelang es den Wissenschaftlern schließlich, gezielt Röhrchen einer bestimmten Größe zu erzeugen. Mertig und seine Kollegen gaben zu den DNA-Strängen, bevor sie sich zu einem Bienenwabenmuster verbanden, ein stäbchenförmiges Molekül hinzu, das als tragendes Element dienen sollte. An diesen sogenannten Templatstrang lagerten sich die ersten der sich nun bildenden Sechsecke an - ähnlich wie Schiffe, die hintereinander an einer Kaimauer anlegen. An die erste Reihe koppelten nun weitere DNA-Hexagone. Als die Schicht eine gewisse Größe erreicht hatte, begann sie sich schließlich von selbst zu einem kleinen Zylinder aufzurollen. Drei Viertel der auf diese Weise erhaltenen Nanoröhrchen hatten einen Durchmesser von 60 Nanometer, wie die Forscher in der Zeitschrift "Nature Communications" (doi: 10.1038/ncomms 1535) berichten. In weiteren Versuchen gelang es, Nanoröhrchen auch auf der Basis von viereckigen DNA-Einheiten oder kleineren Sechsecken zu erzeugen. Die Durchmesser dieser Zylinder betrugen 85 beziehungsweise 75 Nanometer.
Die fertigen Nanoröhrchen verwenden die Forscher als Gerüst für weitere komplizierte Nanostrukturen. Jedes Sechseck oder Viereck trägt nämlich eine Stelle, an der Metallpartikeln andocken können. Nanoröhrchen, die man mit Goldteilchen bestückt hat, zeigen auf ihrer Oberfläche eine dichte, hexagonale Anordnung der Edelmetallpartikeln. Diese haben untereinander einen Abstand von nur zehn Nanometern. Mit herkömmlichen Techniken ist eine solche Dichte mit dieser Präzision nicht zu erreichen. Die Forscher wollen auch winzige Halbleiterkristalle an die Andockstellen kuppeln.
