DNA sortiert Kohlenstoff-Nanoröhrchen

Ein Forscherteam von der Technischen Universität Dresden (TUD) und vom Forschungszentrum Dresden-Rossendorf (FZD) benötigt für die Entwicklung eines neuartigen Nano-Bauelements Kohlenstoff-Nanoröhren mit wohldefinierten Eigenschaften. Im industriellen Herstellungsprozess ist es bisher nicht möglich, größere Mengen an Röhrchen einer bestimmten Größe sortenrein herzustellen. Man erhält vielmehr ein Gemisch aus halbleitenden und metallischen Sorten mit unterschiedlichen Strukturen.

 
 
Diagramm der DNA-Nano-Verbindung
DNA-Strang und Kohlenstoff-Nanoröhre gehen Bio-Nano-Verbindung ein; © A. Enyashin, TU Dresden
 
 

Wissenschaftler der TUD griffen die Idee auf, DNA-Ketten zur Aussonderung von Nanoröhrchen aus dem unlöslichen Gemisch zu nutzen. Die Größenordnung einer offenen DNA-Wendeltreppe passt für Röhrchen mit einem Durchmesser von 0,3 bis 0,4 Nanometer. Gibt man aus DNA-Ketten in das geschüttelte Gemisch von Nano-Röhren, so legen sich die DNA-Ketten wie Spiralen ganz gezielt um passende Röhren. Die DNA-Schlüssel finden also nur bei bestimmten Durchmessern die dazugehörigen Schlösser auf den Röhren und es entsteht ein neues Hybrid-Material.

Der Vorteil: die Röhrchen sind nun wasserlöslich, was die Weiterverarbeitung vereinfacht. Die von DNA-Ketten sortierten und eingehüllten Kohlenstoff-Nanoröhrchen können definiert elektrischen Strom leiten. Damit eignen sie sich als zentraler Bestandteil für das geplante nanoskalige Bauelement, einen Nano-Feldeffekt-Transistor.

An solchen Nanoröhrchen-basierten Transistoren wird derzeit weltweit intensiv geforscht; das Besondere an der Dresdner Herangehensweise ist, dass ein ferroelektrisches Trägermaterial eingesetzt wird. Ein solches Trägermaterial ist aus geladenen Teilchen aufgebaut, deren Anordnung durch externe Kräfte gezielt und reversibel verändert werden kann. Damit soll es möglich werden, dass eine externe Krafteinwirkung auf der Nanometerskala das elektrische Feld des Transistors ein- und ausschaltet, was für Computer oder Nano-Maschinen der Zukunft von Vorteil sein könnte.

MEDICA.de; Quelle: Forschungszentrum Dresden - Rossendorf e.V.