DNA-basierte Nanobauteile der Zukunft
Seit Millionen von Jahren werden die genetischen Informationen aller Lebewesen in der DNA abgespeichert. Eine internationale Forschungsgemeinschaft von sieben Universitäten und Forschungszentren hat versucht, dieses langkettige Molekül in einem neuen Kontext zu verwenden. Losgelöst von seiner biologischen Herkunft wurde die künstliche DNA-Doppelhelix so modifiziert, dass sie als ein wichtiges Element für selbstorganisierende molekulare nanoelektronische Bauteile verwendet werden kann. Die ehrgeizigen Ziele des Projekts DNA BASED NANOWIRES, unter anderem neue Wege zur biosynthetischen Entwicklung von Nanodrähten zu finden, sind für den Bereich der Miniaturisierung mithilfe von Nanobauteilen besonders reizvoll. Die Ziele beschränkten sich dabei nicht nur auf die Ausnutzung der Fähigkeit der DNA, komplementäre Sequenzen zu erkennen, wodurch das Potenzial zur Selbstorganisation der DNA-Derivate ausgenutzt werden kann. Die Projektpartner an der Hebrew University of Jerusalem konzentrierten sich auf die scheinbar widersprüchlichen Ergebnisse bezüglich der Fähigkeit der DNA, elektrische Ladungen zu transportieren. Hierzu wurde ein experimenteller Ansatz entwickelt, mit dem die Messung von elektrischen Strömen durch DNA-Moleküle hindurch möglich ist und gleichzeitig, was von besonderer Wichtigkeit ist, reproduzierbare Ergebnisse für eine Vielzahl von Proben erzielt werden können. Die Ströme wurden durch eine Doppelstrang-DNA (dsDNA), die in eine selbstorganisierende Schicht aus Einzelstrang-DNA (ssDNA) eingebettet sowie an beiden Enden chemisch an ein Metallsubstrat gebunden war, gemessen. Durch den Einsatz der Rasterkraftmikroskopie konnte ermittelt werden, dass der Strom, der durch die DNA-Moleküle fließt, 220 Nanoampere bei einer Spannung von 2 Volt beträgt. Dieses Ergebnis bestätigt die Fähigkeit der dsDNA-Moleküle, unter kontrollierten Bedingungen elektrische Ladungen transportieren zu können. Zudem konnte die Leistungsfähigkeit von ssDNA-Molekülen als Isolierschicht demonstriert werden. Da sich herausgestellt hat, dass dsDNA-Moleküle sehr empfindlich auf Umweltbedingungen reagieren, haben sich die Wissenschaftler zusätzlich einem neuen DNA-basierten Molekül, der G4-DNA, zugewendet.
