Engineering von DNA für die Fertigung dünnster Drähte
Der Einsatz von DNA-Molekülen zur Fertigung von Nanodrähten für nanoelektronische Geräte ist einer der ersten Schritte auf dem Weg zur Nutzung biologischer Moleküle als Fertigungstool. Anstelle des Formens elektronischer Bauteile aus herkömmlichen Materialien haben die Projektpartner mit Möglichkeiten zur Nutzung der selbstordnenden Eigenschaften von DNA experimentiert. DNA an sich ist kein guter Leiter, und eine Eigenschaft molekularer Drähte ist die begrenzte Möglichkeit des Transportes elektrischer Ladungen. Wissenschaftler an der Hebrew University of Jerusalem haben deshalb DNA-Derivate untersucht, die als Vorlagen für die Entwicklung leitender Nanodrähte verwendet werden können. Zusammengesetzt aus selbst geordneten Poly(dG)-Strands mit mehreren Tausend Guanin(dG)-Tetraden bieten G4-DNA-Nanodrähte die gewünschte Leitfähigkeit. Guanin, das sich unter den DNA-Bestandteilen durch sein geringes Ionisierungspotenzial auszeichnet, spielte eine Schlüsselrolle bei der elektrischen Leitfähigkeit von G4-DNA-Nanodrähten. Guaninreiche DNA-Strands wurden aus einem doppelt spiralförmigen Komplex aus Polydeoxyguanylat- (Poly(dG)) und Polydeoxycytidylat-Strands (Poly(dC)) synthetisiert. Um die Poly(dG)-Strands zu trennen, wurde ein neues Verfahren eingeführt, das auf dem Einsatz langer und ununterbrochener Poly(dG)-Strands basiert, die an kurze Poly(dC)-Fragmente als Ausgangsmaterial angehängt werden. Durch das kontrollierte Falten der dadurch entstehenden Poly(dG)-Strands konnten lange und gleichförmige G4-DNA-Nanodrähte hergestellt werden. Die eigentliche Innovation bei diesen Forschungsarbeiten ist die Nutzung der Fähigkeit von DNA-Strands zur Selbstordnung. Weiterhin wurden fortschrittliche Techniken für das Nano-Engineering von DNA-Strands und Rastertunnelmikroskopie in Verbindung mit Computersimulationen für Stabilität und Eigenschaften der synthetisierten Nanostrukturen kombiniert. Dies hat dazu geführt, dass die Entwicklung von Nanodrähten mit DNA-Derivaten nun Realität ist.
