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Pilze: Baumeister für geordnete Nanostrukturen

Je kleiner die Strukturen moderner Materialien werden, desto mehr Hilfe braucht der Mensch, um diese zusammenzusetzen. Amerikanische Forscher entdeckten nun die Welt der Pilze, um exakt geordnete Nanostrukturen aufbauen zu können. Ganze Geflechte dieser lebenden Bauarbeiter der Nanowelt dienen dabei quasi als „Gussform“ oder „Matritze“ für komplex geordnete Nanoteilchen. Ihre neues Fertigungsverfahren für die Nanofabrik der Zukunft präsentieren die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Angewandte Chemie (Vol. 115 (20), S. 2406).

„Mikroorganismen wie Viren, Baktieren und Pilze besitzen einzigartige, strukturell interessante Fähigkeiten und können schnell und günstig reproduzieren“, sagt Chad Mirkin von der Northwestern University in Evanston. „Das macht sie zu einem attraktiven Ziel in der gesteuerten Materialsynthese.“

Das Prinzip, auf dem die Methode der Wissenschaftler beruht, klingt dabei so einfach wie es zugleich effektiv ist. In einer Nährlösung verteilten die Nanoforscher um Mirkin nanoskopische Goldpartikel, an die zuvor kurze DNA-Stränge gekoppelt wurden. Dann wird das Medium mit Pilzsporen beimpft. Bei seinem Wachstum bildet der Pilz ein fein strukturiertes, fadenartiges Geflecht, das so genannte Mycel. Die goldenen Nanoteilchen lagern sich dabei selektiv an die Oberfläche dieses Mycels an und ordnen sich zu einem sehr dichten, schlauchförmigen Überzug.

Durch langsames Trocknen und Einbetten in Epoxy-Harz lassen sich die schlauchartigen Gebilde konservieren und untersuchen. Schnell getrocknet und gepresst erhält man ein faseriges, goldglänzendes Material. Da das Mycel mit einem konstanten, für die jeweilige Pilzart charakteristischen Durchmesser wächst, entstehen sehr gleichmäßige Schläuche. „Damit lassen sich Pilze als lebende Matrizen zur Herstellung makroskopischer Architekturen mit streng kontrollierten mikro- und nanoskopischen Dimensionen herstellen,“ sagt Mirkin.

Nun schlägt die Stunde der Erbgut-Stränge, die vorher an die Goldteilchen angeheftet wurden. Über die jeweils passenden DNA-Gegenstücke konnten Mirkin und seine Kollegen mit einem entsprechenden DNA-Fortsatz eine weitere Schicht von Goldpartikeln ankoppeln. Über diesen Weg sind die Forscher nicht auf den Bau einfacher Strukturen begrenzt und können vielfältig geformte Nanokomplexe aufbauen. Die fleißigen Pilz-Bauarbeiter hingegen überleben das „Vergolden“ und produzieren in Abhängigkeit von der zugeführten Nährlösung nahezu beliebig weiter. Mirkin erhielt so Schlauchstrukturen, die
abschnittsweise unterschiedliche Beschichtungen tragen.

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„Auch wenn das gewonnene Material golden glänzt und so wie ein Metall glänzt, scheint es sich doch eher wie eine neue Form von Halbleiter zu verhalten“, beschreibt Mirkin das Bauergebnis. „Wir hoffen, so Materialien mit neuartigen maßgeschneiderten opto-elektronischen, magnetischen oder auch katalytischen Eigenschaften erzeugen zu können.“

Jan Oliver Löfken
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