Seit einigen Jahren nutzen Wissenschaftler das Ordnungspotenzial der DNA auch in anderen Disziplinen als der Biologie – in der Informatik zum Beispiel oder bei der Synthese neuartiger Materialien auf der Nanoskala. In Zusammenarbeit mit weltweit führenden Nanotechnologen der University of Michigan und der Northwestern University in den USA sind Forscher der Uni Erlangen-Nürnberg jetzt in eine neue Dimension der DNA-programmierten Materialsynthese vorgestoßen: Es gelang ihnen, pyramidenförmige Goldkristalle gezielt zu komplexen Clathrat-Verbindungen zu ordnen.
Abb.: Elektronenmikroskopische Aufnahme des erzeugten Kristallgitters. (Bild: H. Lin et al. / AAAS)
Für die Synthese wurden die in einer Suspension befindlichen, 250 Nanometer großen Goldkristalle – die im Experiment stellvertretend für Atome stehen, die sich zu Clathraten formieren können – mit künstlicher DNA versetzt. „Die DNA-Stränge heften sich an die Goldpartikel und bringen sie in einem Selbstorganisationsprozess in eine bestimmte Position“, erklärt Michael Engel von der Uni Erlangen-Nürnberg. „Je nach Länge der DNA-Sequenzen und Anordnung der Basenpaare entstehen unterschiedliche dreidimensionale Gitterstrukturen. Durch die DNA-Programmierung können wir quasi die Architektur des Kristallgitters bestimmen – und zwar sehr präzise.“
Für die Materialforschung sind Clathrate deshalb so interessant, weil sie aus Atom-Käfigen bestehen, in die andere Stoffe, zumeist Gase, eingelagert werden können. „Die kontrollierte Herstellung von kolloidalen Clathraten eröffnet ein breites Spektrum an Anwendungsmöglichkeiten“, sagt Engel. „Zum einen könnten die Materialien für die Erkennung von Proteinen oder Viren eingesetzt werden. Zum anderen führt die gezielte Beeinflussung bestimmter Parameter des Kristallgitters zu Materialeigenschaften, die in einfacheren kolloidalen Kristallen nicht erreichbar sind.“
FAU / RK
