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Nanotechnik : Origami mit DNS-Molekülen

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Ein ähnliches Kochrezept verwendeten auch von Kiedrowski und seine Kollegen, von dem sie in der Zeitschrift „Angewandte Chemie“ (Bd. 120, S. 3682) berichten. Mit einem Computer hatten sie zunächst die exakte Konfiguration ihrer Dodekaeder berechnet und dann die erforderlichen zwanzig Verzweigungsstücke synthetisiert. Den Bausatz gaben sie in eine Pufferlösung, die sie erwärmten und dann auf vier Grad abkühlten. Als sie ihr Reaktionsprodukt schließlich unter dem Rasterkraftmikroskop betrachteten, sahen sie lauter zwanzig Nanometer große Dodekaeder. Diese erwiesen sich als äußerst elastisch und konnten wie Softbälle bis auf vier Nanometer zusammengepresst werden, ohne dabei Schaden zu nehmen.

Andocken von Biomolekülen und Wirkstoffen

Für die Polyeder der amerikanischen und deutschen Forscher sind viele Anwendungen denkbar. Würden die Beine der Verzweigungsstücke beispielsweise mit überhängenden Einzelsträngen ausgerüstet, könnten daran Biomoleküle und Wirkstoffe andocken. In den Körper eingeschleust, würden die Polyeder ihre Fracht zu dem Zielort befördern. Zudem ließen sich die Vielecke über die zusätzlichen Stränge zu größeren Gebilden verknüpfen.

Mit dem Erbmolekül lassen sich offenkundig auch dreidimensionale Kristalle aus winzigen Goldkügelchen bauen, wie zwei Forschergruppen kürzlich gezeigt haben. Dazu haben sie die Oberfläche von etwa zehn Nanometer großen Edelmetallpartikeln mit unzähligen DNS-Doppelsträngen versehen, die ein überstehendes ungepaartes Ende besaßen. Daran konnte jeweils ein weiteres DNS-Molekül, das zu einem anderen Goldkügelchen gehörte, mit seinem komplementären Ende andocken. Auf diese Weise gelang es Oleg Gang und seinen Kollegen vom Brookhaven National Laboratory in New York, die Goldkügelchen in einem kubisch-raumzentrierten Kristallgitter anzuordnen. Die Nanopartikeln saßen an den Ecken von Würfeln, in deren Mitte sich jeweils ein weiteres Goldteilchen befand („Nature“, Bd. 451, S. 549). Jedes Metallkügelchen hatte acht nächste Nachbarn.

Zwölf statt acht nächste Nachbarn

Die Forscher um Chad Mirkin von der Northwestern University in Illinois konnten mit einer ähnlichen Technik die Goldpartikeln zudem in einem kubisch-flächenzentrierten Kristallgitter anordnen („Nature“, Bd. 451, S. 553). Nun besaß jedes Metallteilchen statt acht zwölf nächste Nachbarn. Damit bei den Versuchen die Nanopartikeln nicht verklumpten, wurden die DNS-Doppelstränge mit einem elastischen Zwischenstück versehen, das ihnen eine gewisse Beweglichkeit verlieh. Die Nanopartikeln sind in den Kristallgittern nicht sonderlich dicht gepackt. Die Kristalle bestehen zu 90 Prozent aus Wasser. Die Flüssigkeit sorgt zwar für die nötige Stabilität der würfelförmigen Gebilde, verhindert derzeit aber auch eine mögliche Anwendung.

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