Dresdner Forscher basteln den Nano-Transrapid

Wer als Materialforscher die Tür zur Nanowelt aufschlägt. Wer von Nanorobotern schwärmt und von Nanoschaltkreisen für immer leistungsfähigere Speicherchips, den holt die Realität schnell wieder ein:

Wenn Sie allein dran denken: Wie könnte ich einen zwei oder fünf Nanometer zarten Draht - also, wir müssen ja immer wieder sagen: Ein Nanometer ist ein Millionstel Millimeter: Wie kann ich in dieser Strukturgenauigkeit zum Beispiel eine Lötverbindung herstellen? Praktisch unmöglich!

Wie aber sonst lassen sich elektrische Schaltkreise im Nanometer-Maßstab aufbauen? Wolfgang Pompe gehört zu den Forschern, die den biologischen Weg einschlagen. Und zwar einen ungewöhnlichen. Pompe ist Professor für Materialwissenschaft und Nanotechnik an der TU Dresden. Seiner Arbeitsgruppe ist es soeben gelungen, Nanodrähte aus Gold herzustellen. Und zwar mit Hilfe der Erbsubstanz DNA ...

Die Genetik hat ja nun hinreichend viele Techniken entwickelt, mit der DNA ganz gezielt umzugehen, ...

...und diese Techniken wandte auch Pompe an, um zum ersten Mal güldene Nanodrähte zu flechten. Wie das funktioniert, schilderte der Physiker jetzt auf dem Kolloquium der DECHEMA. DNA hat im Prinzip die Form einer Strickleiter, mit zwei Strängen, die durch Trittstufen miteinander verbunden sind. Jede Stufe besteht aus einem sogenannten Basen-Paar. Aus zwei Molekülen, die exakt ineinander greifen, wie nach dem Schlüssel-Schloß-Prinzip. Zieht man die beiden Leiterstränge wie einen Reißverschluß der Länge nach auseinander und trennt sie, so lagern sich an die beiden Einzelstränge doch wieder die passenden Basen an und vervollständigen das Molekül.

Diese Fähigkeit zur Selbstorganisation macht sich nun Pompes Team zunutze. Auf eine Metallelektrode klebt es zunächst das Bruchstück eines DNA-Einzelstranges. Daran können die Forscher sodann - eben nach dem Schlüssel-Schloß-Prinzip - ein komplettes DNA-Molekül heften. In einem dritten Schritt läßt sich die Erbsubstanz mit goldhaltigen Metallkomplexen regelrecht beschichten. Das geschieht durch elektrische Wechselwirkungen. Pompe:

Wenn wir dann gewissermaßen Perlenketten von solchen Metallclustern entlang einer DNA erzeugen, die dann wiederum zusammenwachsen, dann haben wir auf einmal eine zehn Nanometer, 15 Nanometer dicke metallische Leitbahn. Und das sind Nanodrähte, die Sie mit keiner anderen Technologie heutzutage herstellen können.

Die Dresdner Nanotechniker flechten aber nicht nur biologische Nanodrähte. Sie betreiben inzwischen auch biologische Nanomotoren. Es gelang ihnen, Transport-Proteine aus dem Inneren von Zellen zu isolieren und sie auch außerhalb der Zelle zum Laufen zu bringen - auf einer ganz normalen Glasplatte. Pompe:

Eine zelluläre Maschine können Sie sich vorstellen wie einen linearen Motor, wie ein kleiner Transrapid. Auf einer Schiene, die letztlich ein Proteinstrang ist, läuft ein zweites Protein, was schrittweise, mit Schritten von acht Nanometern, sich auf dem Proteinstrang entlangtastet. Diese Motoren und diese Schienen kann man nun auf dem Substrat anordnen und Bewegungen dort erzeugen. Und der Charme für uns als Techniker ist, daß wir diesen kleinen Transportern nun Lasten anheften können.

Und zwar enorme Lasten. Die ausgelagerten Zell-Maschinen bringen es fertig, DNA hin- und herzubewegen. Und die ist immerhin gut 300 Mal größer als der Nano-Transrapid selbst. Pompe:

Das ist so eine kleine Zellfabrik außerhalb der Zelle, die jetzt schon für die ersten bescheidenden experimentellen Umsetzungen in der Nanoelektronik bereits im Labor funktioniert. Ich betrachte das als ein absolutes Highlight. Also, eine DNA zu bewegen, da sind wir die Ersten. Das hat noch keiner vor uns gemacht.

Noch muß man hier aber von Grundlagenforschung sprechen; noch können Elektroniker die DNA-Drähte und den Nano-Transrapid nicht nutzen. Bis sie als Bio-Bausteine in elektrischen Schaltkreisen auftauchen, werden noch Jahre vergehen. Mindestens fünf, glauben die Dresdner Materialtüftler ...