Doppelhelix ordnet Kristalle

  • 03. March 2017

Gezielte Herstellung komplexer Kristallgitter aus Nano­teil­chen mit­hilfe von DNA-Strängen ge­lungen.

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.

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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

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