Zuerst werden für die Nano-Röhrchen, aus denen Transistoren werden sollen, längere Doppelstränge der Erbsubstanz DNA präpariert, die als Drahtkerne dienen sollen und Ankerstellen, an die die Nanoröhrchen andocken können; die Basenabfolge dieser "Gerüst-DNA", ihre "Buchstabenabfolge", ist genau bekannt. Die Nano-Röhrchen wiederum haben eine bestimmte Länge. Die Wissenschaftler suchen dann nach einer Buchstabenabfolge auf der Gerüst-DNA, die ungefähr die gleiche Länge einnimmt, nur ein bisschen kürzer ist. Dann synthetisieren sie einsträngige DNA-Fadenstücke, deren Buchstabenabfolge gleich der des erwählten Abschnitts auf der Gerüst-DNA ist. An dieser Stelle, sagt Uri Sivan, einer der am Technion beteiligten Wissenschaftler, kommt ein in der Biochemie wohlbekanntes Enzym ins Spiel, RecA, ein raffiniertes molekulares Maschinchen.
Wir bringen RecA, kleine Bausteine, im Reagenzglas in eine Lösung, die diese speziellen kurzen Abschnitte einsträngiger DNA enthält. Das RecA-Enzym findet dann an dieser DNA sehr schnell zu einem Komplex zusammen. In einem anderen Reagenzglas haben wir die langen Gerüst-DNA-Moleküle. Wenn wir beides zusammenschütten, macht der RecA-Komplex etwas sehr bemerkenswertes: Er sucht in diesem ganzen System langer Gerüst-DNA nach Abschnitten, deren Sequenz der seiner einsträngigen DNA gleicht und heftet sich dort an. Damit sind auf der langen Gerüst-DNA die Stellen mit RecA überzogen, an denen die Transistoren entstehen sollen.
Jetzt werden sowohl die mit RecA markierten Gerüst-DNA-Stellen als auch die Nano-Röhrchen - in einem anderen Reagenzglas - mit zwei verschiedenen molekularen Klebern - darunter Antikörper - überzogen, die nur mit einander und sonst nichts kleben. Wenn jetzt beide Lösungen zusammenschüttet werden, finden die Nanoröhrchen, allein von der Diffusion getrieben, zu den für sie präparierten Haftstellen auf der Gerüst-DNA und docken an.
Das Finale: In die Lösung wird ein leitend gemachtes, an der Oberfläche isoliertes Stück eines Siliziumscheibchens gebracht, wieder herausgezogen und erst mit einer Silbersalz-, dann mit einer Goldsalzlösung traktiert. Und dann, so Uri Sivan:
Metall wächst auf der Gerüst-DNA entlang bis zu den Nano-Röhrchen, kontaktiert sie und man hat einen Transistor. Man hat zwei Anschlüsse mit Goldkontakten am aktiven Element, der Nanoröhre, die Steuerelektrode ist die Siliziumunterlage. Fertig ist der komplett selbstgewachsene Transistor.
Die RecA-Beschichtung der als Drahtkern dienenden Gerüst-DNA wirkt dabei auch noch wie ein Fotolack, der die Metallisierung der damit bedeckten Abschnitte, an denen ja die Nanotubes leicht überstehend haften, verhindert, sonst würden die Nanotransistoren kurz geschlossen. Auf kurze Sicht sind aber keine selbstwachsenden Biocomputer zu erwarten, die Chipindustrie kann, so Uri Sivan, beruhigt sein:
Ich denke, mit diesem Verfahren werden einzelne Logikgatter, oder vielleicht ein paar, möglich sein. In einem breiteren Zusammenhang würde ich sagen, dass der Aufbau komplexer Strukturen aus Molekülen die Herausforderung der Nanotechnologie ist. Eine Strategie hierzu haben wir noch nicht, wir glauben aber, dass unser Konzept zu wesentlich komplexeren Dingen führen wird, als bisher zu sehen waren.
Die Sache, räumt Uri Sivan ein, klingt schon sehr kompliziert. Biochemisch ist sie aber weit weniger kompliziert als das, was bei der Verdauung eines Wurstbrotes passiert; sie ist auch technisch durchaus handhabbar, die Methode könnte also schon auf mittlere Sicht weitere Erfolge haben und zu großen Überraschungen führen. Die Fachwelt jedenfalls ist aufgeregt.
Wir bringen RecA, kleine Bausteine, im Reagenzglas in eine Lösung, die diese speziellen kurzen Abschnitte einsträngiger DNA enthält. Das RecA-Enzym findet dann an dieser DNA sehr schnell zu einem Komplex zusammen. In einem anderen Reagenzglas haben wir die langen Gerüst-DNA-Moleküle. Wenn wir beides zusammenschütten, macht der RecA-Komplex etwas sehr bemerkenswertes: Er sucht in diesem ganzen System langer Gerüst-DNA nach Abschnitten, deren Sequenz der seiner einsträngigen DNA gleicht und heftet sich dort an. Damit sind auf der langen Gerüst-DNA die Stellen mit RecA überzogen, an denen die Transistoren entstehen sollen.
Jetzt werden sowohl die mit RecA markierten Gerüst-DNA-Stellen als auch die Nano-Röhrchen - in einem anderen Reagenzglas - mit zwei verschiedenen molekularen Klebern - darunter Antikörper - überzogen, die nur mit einander und sonst nichts kleben. Wenn jetzt beide Lösungen zusammenschüttet werden, finden die Nanoröhrchen, allein von der Diffusion getrieben, zu den für sie präparierten Haftstellen auf der Gerüst-DNA und docken an.
Das Finale: In die Lösung wird ein leitend gemachtes, an der Oberfläche isoliertes Stück eines Siliziumscheibchens gebracht, wieder herausgezogen und erst mit einer Silbersalz-, dann mit einer Goldsalzlösung traktiert. Und dann, so Uri Sivan:
Metall wächst auf der Gerüst-DNA entlang bis zu den Nano-Röhrchen, kontaktiert sie und man hat einen Transistor. Man hat zwei Anschlüsse mit Goldkontakten am aktiven Element, der Nanoröhre, die Steuerelektrode ist die Siliziumunterlage. Fertig ist der komplett selbstgewachsene Transistor.
Die RecA-Beschichtung der als Drahtkern dienenden Gerüst-DNA wirkt dabei auch noch wie ein Fotolack, der die Metallisierung der damit bedeckten Abschnitte, an denen ja die Nanotubes leicht überstehend haften, verhindert, sonst würden die Nanotransistoren kurz geschlossen. Auf kurze Sicht sind aber keine selbstwachsenden Biocomputer zu erwarten, die Chipindustrie kann, so Uri Sivan, beruhigt sein:
Ich denke, mit diesem Verfahren werden einzelne Logikgatter, oder vielleicht ein paar, möglich sein. In einem breiteren Zusammenhang würde ich sagen, dass der Aufbau komplexer Strukturen aus Molekülen die Herausforderung der Nanotechnologie ist. Eine Strategie hierzu haben wir noch nicht, wir glauben aber, dass unser Konzept zu wesentlich komplexeren Dingen führen wird, als bisher zu sehen waren.
Die Sache, räumt Uri Sivan ein, klingt schon sehr kompliziert. Biochemisch ist sie aber weit weniger kompliziert als das, was bei der Verdauung eines Wurstbrotes passiert; sie ist auch technisch durchaus handhabbar, die Methode könnte also schon auf mittlere Sicht weitere Erfolge haben und zu großen Überraschungen führen. Die Fachwelt jedenfalls ist aufgeregt.