Revolution der Mikroelektronik: Nano-Draht auf DNA-Basis
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Durch Anlagerung von Silberpartikeln an DNA-Stücke ist Wissenschaftlern des Technion-Israel Institute of Technology die Herstellung eines leitenden Drahtes gelungen, der 1000 mal dünner ist als ein menschliches Haar. Die Forschungsergebnisse, die in der Zeitschrift Nature veröffentlicht wurden, gelten als wichtiger Schritt im Trend zur Miniatur-Elektronik, wo Größenordnungen von Nanometern gelten. Die Schaltkreise der Zunkunft werden aus Drähten, Transistoren und sonstigen Komponenten von wenigen Nanometern Größe bestehen, das sind wenige Milliardstel eines Meters - ein Nanometer entspricht der Länge von fünf Kohlenstoffatomen nebeneinandergelegt. Mit derart dicht gepackten Schaltkreisen werden zum Beispiel auch wesentlich schnellere und leistungsfährigere Computerchips möglich. Der Technion-Draht ist mit seinen 100 Nanometern Breite fast drei Klassen besser als Drähte heutiger Technologie in Computer-Chips. Dort erreicht der Standardprozeß mittels Photolithographie seine Grenzen bei rund 250 Nanometern. In der Theorie allerdings, so die Foscher, sind 100fach schmalere Drähte möglich.
Bisher war es Wissenschaftlern gelungen, mittels DNA winzige Partikel von Halbleitern und anderem elektronischen Material in kristall-artigen Gitter und andere geordnete Strukturen anzuordnen. Völlig neu ist aber, daß jetzt erstmals eine funktionierende elektronische Komponente geschaffen wurde. "Der Draht leitet tatsächlich einen Strom," berichtet Physiker Uri Sivan, der mit dem Physiker Erez Braun und dem Chemiker Yoav Eichen ein Team bildet. Ihr Nanodraht entstand zwischen zwei Gold-Elektroden mit einem Abstand von 12 Micron, etwa ein Zehntel der Dicke menschlichen Haares.Dazu synthetisierten sie Stücke von DNA, die sich zwischen den Elektroden zu einer Art Konstruktionsgerüst anordneten: Mit einer sogenannte Disulfid-Gruppe als "Klebstoff" wurden einzelne DNA-Stücke an die Goldelektroden gebunden, jeweils auf der einen Seite kurze Sequenzen namens Oligonukleotide, auf der anderen Seite lange DNA-Einzelstränge. Danach überbrückten die Wissenschaftler den Elektrodenspalt mit einem Wassertropfen, in den sie durch "Saugen" an einem Ende eine Flußbewegung induzierten - was den DNA-Stücken eine Rekombination mit ihren Komplementär-Sequenzen quer über den Spalt hinweg ermöglichte.
Um aus dem Isolator DNA einen leitenden Draht zu konstruieren, mußten die Forscher wie in einer Art photographischem Entwicklungsprozeß Silberpartikel entlang des DNA-Gerüstes anbringen. Positiv geladene Silberionen lagern sich in einer Lösung an die negativ geladenen DNA-Moleküle an. Eine chemische Behandlung (Reduzierung) wandelt die angelagerten Silberionen dann in elektrisch neutrale Silber-Metallpartikel um, die Grundlage für die Anlagerung von weiteren Silbermolekülen zu einem Draht.
Elektrische Tests des Nanodrahtes ergaben möglicherweise nützliche Eigenschaften des Drahtes. Unter bestimmten Bedingungen macht der Stromfluß den Draht zu einer Diode, einer Art Einweg-Schalter: der Draht speichert offenbar die "Erinnerung", in welche Richtung er zuerst vom Strom durchflossen wurde - diese Polarität einer Diode, ein Stück gespeicherter Information, führt die Forscher zu Spekulationen über zukünftige Computerspeicher.
Dörte Saße, EurekAlert
