Anzeige
1 Monat GRATIS testen, danach für nur 9,90€/Monat!
Startseite »

Biomolekül als Photodiode

Technik|Digitales

Biomolekül als Photodiode
Neben dem klassischen Transistor brauchen komplexe, elektronische Schaltkreise auch weitere Bauteile wie Kondensatoren oder Dioden. Bieten sich für die Nanochips der Zukunft bereits heute winzige, leitende oder halbleitende Röhrchen aus Kohlenstoff für Transistoren, Kondensatoren und Drähte an, kommt nun eine Photodiode aus einem Biomolekül dazu. Japanische Forscher haben es geschafft, aus so genannten Peptiden einen solchen mit Licht kontrollierbaren Stromschalter im Nanomaßstab zu entwickeln. Über diese Fortschritt der Nanobiotechnologie berichten sie im Fachblatt Science (Vol. 304, S: 1944).

Shiro Yasutomi und seine Kollegen von der Universität in Kyoto verankerten dazu helixförmige Makromoleküle auf einer Goldoberfläche. „Dieses molekulare System besteht aus zwei Peptid-Strängen und kann einen Stromfluss durch die Wahl der Wellenlänge des einfallenden Lichts schalten“, erklären die Nanoforscher. Die rund 1,5 Nanometer kleinen Molekülketten bestehen aus einzelnen Sequenzen von L- und D-Leucin und alpha-Aminoisobuttersäure. An diese Helixstrukturen knüpften die Forscher lichtempfindliche Einheiten, so genannte Chromophore (SSL16ECz , Rul16SS). Fällt nun Licht auf diese Makromoleküle, bildet sich entlang der Helixstruktur ein Dipolmoment.

„Wir entdeckten, dass die Richtung eines Stromflusses durch die Ausrichtung des Dipolmoments bestimmt wird“, so Yasutomi. Genau diese Eigenschaft bildet die Grundlage, diese Nanostruktur als Photodiode verwenden zu können. In Abhängigkeit von den angeknüpften Chromophoren-Einheiten wird ein Stromfluss von jeweils einer anderen Wellenlänge geschaltet. So reagierte die eine Photodiode auf einfarbiges Licht mit der Wellenlänge von 351 Nanometer. Es bildete sich ein Dipolmoment im Molekül aus, entlang der Fluss eines Fotostroms begünstigt wurde.

Die andere Peptidstruktur dagegen reagierte analog bei einer Wellenlänge von 459 Nanometern. Durch eine geschickte Anordnung dieser Moleküle floss der Strom allerdings in die genau entgegengesetzte Richtung. Beide Strukturen zusammen erlauben dadurch über die Farbe des einfallendes Lichts eine gute Kontrolle über den Stromfluss.

Ein weiterer Vorteil der neuen Peptid-Stränge liegt aber in einem selbstorganisierten Ordnungsverhalten. So richten sie sich auf einer mit Schwefelgruppen präparierten Goldoberfläche streng in senkrechter Richtung aus. Genau diese Eigenschaft der Selbstorganisation von Biomolekülen kann den Nanoforschern helfen, exakte Strukturen ohne ein spezielles Nanowerkzeug, sei es die Spitze eines Kraftmikroskops oder eine Lichtpinzette aus Laserstrahlen, herzustellen. Allerdings ist noch mit einigen Jahren Forschungsarbeit zu rechnen, bis solche molekularen Photodioden tatsächlich in erste Schaltkreise eingebaut werden.

Anzeige
Jan Oliver Löfken
Anzeige

Wissenschaftsjournalist Tim Schröder im Gespräch mit Forscherinnen und Forschern zu Fragen, die uns bewegen:

  • Wie kann die Wissenschaft helfen, die Herausforderungen unserer Zeit zu meistern?
  • Was werden die nächsten großen Innovationen?
  • Was gibt es auf der Erde und im Universum noch zu entdecken?

Hören Sie hier die aktuelle Episode:

Aktueller Buchtipp

Sonderpublikation in Zusammenarbeit  mit der Baden-Württemberg Stiftung
Jetzt ist morgen
Wie Forscher aus dem Südwesten die digitale Zukunft gestalten

Wissenschaftslexikon

Pick–up  auch:  Pick|up  〈[–p] m. 6; Kfz〉 Personenkraftwagen, bei dem sich anstelle der Rücksitze eine offene Ladefläche befindet … mehr

Li|te|ra|tur|ge|schich|te  〈f. 19〉 1 Geschichte der Literatur 2 geschichtl. Darstellung der Literatur in Buchform … mehr

Här|te|ska|la  〈f.; –; unz.; Min.〉 = Mohshärte

» im Lexikon stöbern
Anzeige
Anzeige
Anzeige