Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Biologisches Werkzeug für Kohlenstoff-Nanoröhrchen

15.01.2008
In der Biologie ist das Schlüssel-Schloss-Prinzip weit verbreitet. Dresdner Forscher nutzen dieses Prinzip, indem sie einzelne DNA-Stränge als Werkzeug zum Sortieren von Kohlenstoff-Nanoröhrchen einsetzen.

Das neue Hybrid-Material ist ein Schritt hin zu einem elektronischen Nano-Bauelement. Hierzu erschienen bereits Artikel, die in der Fachwelt Aufsehen erregten (z.B. in den Fachjournalen "European Physical Journal" und "Nanotechnology").

In der DNA sind die Erbinformationen durch die Aufeinanderfolge einzelner Eiweißstoffe gespeichert. Sie sieht aus wie eine gedoppelte Wendeltreppe. Entfernt man einen Strang, so bietet die offene Wendeltreppe eine lange Kette winzigkleiner Schlüssel, die regelmäßig um einen röhrenförmigen Hohlraum angeordnet sind.

Ein Forscherteam von der Technischen Universität Dresden (TUD) und vom Forschungszentrum Dresden-Rossendorf (FZD) benötigt für die Entwicklung eines neuartigen Nano-Bauelements Kohlenstoff-Nanoröhren mit wohldefinierten Eigenschaften. Diese Röhrchen mit nur einigen Nanometern Durchmesser entstehen nicht zuletzt beim Grillen im Garten. Im industriellen Herstellungsprozess ist es - genauso wie beim Grillen - bisher nicht möglich, größere Mengen an Röhrchen einer bestimmten Größe sortenrein herzustellen. Man erhält vielmehr ein Gemisch aus halbleitenden und metallischen Sorten mit unterschiedlichen Strukturen. Hieraus nur die gewünschte Sorte herauszufiltern, ist schwierig, weil die Röhrchen zu Bündeln zusammenkleben, die nahezu unlöslich sind.

... mehr zu:
»DNA-Kette »FZD »TUD »Transistor

Wissenschaftler der TUD griffen die Idee auf, DNA-Ketten zur Aussonderung von Nanoröhrchen aus dem unlöslichen Gemisch zu nutzen. Die Größenordnung der offenen DNA-Wendeltreppe passt ideal für Röhrchen mit einem Durchmesser von 0,3 bis 0,4 Nanometer (ein Millionstel Millimeter). Gibt man aus Bakterien gewonnene oder synthetische DNA-Ketten in das vorher kräftig geschüttelte Gemisch von Nano-Röhren, so legen sich die DNA-Ketten wie Spiralen ganz gezielt nur um passende Röhren. Die DNA-Schlüssel finden also nur bei bestimmten Durchmessern die dazugehörigen Schlösser auf den Röhren und es entsteht ein neues Hybrid-Material. Der Vorteil: die Röhrchen sind nun wasserlöslich, was die Weiterverarbeitung enorm vereinfacht. Theoretische Berechnungen begleiteten die Experimente. Forscher von TUD und FZD erfassten erstmals systematisch auf quantenmechanischer Ebene die Wechselwirkung zwischen den biologischen DNA-Molekülen und den Kohlenstoff-Röhrchen. Für einige Fälle konnten sie nachweisen, dass die Elektronen beider Systeme stärker wechselwirken als mit einfacheren Modellen vorausgesagt. Dies ist ein Beleg für die DNA-gesteuerte Auswahl bestimmter Röhrchentypen, die zuvor von amerikanischen Wissenschaftlern berichtet wurde. Kohlenstoff-Nanoröhrchen allein werden heute schon vielfältig eingesetzt, etwa in der Sporttechnik oder in Sensoren. Werden die Dimensionen jedoch kleiner, so ist ein wohldefiniertes Herstellungsverfahren mit der Möglichkeit der gezielten Selektion von leitfähigen Kohlenstoff-Nanoröhrchen unabdingbar. Die neuen Berechnungen bilden eine wichtige Basis hierfür.

Die von DNA-Ketten sortierten und eingehüllten Kohlenstoff-Nanoröhrchen können definiert elektrischen Strom leiten. Damit eignen sie sich ideal als zentraler Bestandteil für das geplante nanoskalige Bauelement, einen Nano-Feldeffekt-Transistor. An solchen Nanoröhrchen-basierten Transistoren wird derzeit weltweit intensiv geforscht; das Besondere an der Dresdner Herangehensweise ist, dass ein ferroelektrisches Trägermaterial eingesetzt wird. Ein solches Trägermaterial ist aus geladenen Teilchen aufgebaut, deren Anordnung durch externe Kräfte gezielt und reversibel verändert werden kann. Damit soll es möglich werden, dass eine externe Krafteinwirkung auf der Nanometerskala das elektrische Feld des Transistors ein- und ausschaltet, was für Computer oder Nano-Maschinen der Zukunft von Vorteil sein könnte. Dr. Michael Mertig von der TUD und seinen Mitarbeitern ist es bereits gelungen, einen Transistor auf der Basis von DNA-eingehüllten Nanoröhren herzustellen und in der Gruppe von Prof. Lukas Eng wurden bereits einzelne Elemente des noch kleineren ferroelektrischen Nano-Feldeffekt-Transistors realisiert.

Prof. Gotthard Seifert, Dr. Andrey Enyashin (TUD) und Dr. Sibylle Gemming (FZD) konnten mit quantenmechanischen Berechnungen die Wechselwirkungen zwischen biologischem und physikalisch-chemischem System erstmals systematisch unter Berücksichtigung der elektronischen Effekte analysieren. Dabei ergaben sich Belege für die besonders große Selektivität einiger DNA-Schlüssel für ganz bestimmte Röhrchentypen. Für diese Arbeiten wurde Dr. Enyashin vor kurzem zum Nachwuchswettbewerb "1nside Edge" der Firma Samsung Electro-Mechanics nach Incheon (Korea) eingeladen und dort mit der Bronzemedaille ausgezeichnet.

Veröffentlichungen:
1.) S. Gemming, R. Luschtinetz, I. Chapylgin, G. Seifert, C. Loppacher, L.M. Eng, T. Kunze, C. Olbrich,: "Polymorphism in ferroic functional elements", in: European Physical Journal, Special Topics 140, S. 145 - 171 (2007).
2.) A.N. Enyashin, S. Gemming, G. Seifert: "DNA-wrapped carbon nanotubes", in: Nanotechnology 18, 245702 (2007).

3.) S. Taeger, M. Mertig: "Self-assembly of high-performance multi-tube carbon nanotube field-effect transistors by ac dielectrophoresis", International Journal of Materials Research 98, 742-748 (2007).

Weitere Informationen:
PD Dr. Sibylle Gemming
Forschungszentrum Dresden-Rossendorf (FZD)
Institut für Ionenstrahlphysik und Materialforschung
Tel.: 0351 260 - 2470
Email: s.gemming@fzd.de
http://www.fzd.de
Prof. Gotthard Seifert
Technische Universität Dresden
Arbeitsgruppe für Theoretische Chemie
Tel.: 0351 4633 - 37637
Email: Gotthard.Seifert@chemie.tu-dresden.de
http://www.tu-dresden.de
http://theory.chm.tu-dresden.de/members.shtml?name=gseifert
Pressekontakt:
Dr. Christine Bohnet
Forschungszentrum Dresden-Rossendorf (FZD)
Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Bautzner Landstr. 128, 01328 Dresden
Tel.: 0351 260 - 2450 oder 0160 969 288 56
Email : c.bohnet@fzd.de

Dr. Christine Bohnet | idw
Weitere Informationen:
http://www.fzd.de
http://www.tu-dresden.de

Weitere Berichte zu: DNA-Kette FZD TUD Transistor

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Bakterieller Untermieter macht Blattnahrung für Käfer verdaulich
17.11.2017 | Max-Planck-Institut für chemische Ökologie

nachricht Neues Werkzeug für gezielten Proteinabbau
17.11.2017 | Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Ultrakalte chemische Prozesse: Physikern gelingt beispiellose Vermessung auf Quantenniveau

Wissenschaftler um den Ulmer Physikprofessor Johannes Hecker Denschlag haben chemische Prozesse mit einer beispiellosen Auflösung auf Quantenniveau vermessen. Bei ihrer wissenschaftlichen Arbeit kombinierten die Forscher Theorie und Experiment und können so erstmals die Produktzustandsverteilung über alle Quantenzustände hinweg - unmittelbar nach der Molekülbildung - nachvollziehen. Die Forscher haben ihre Erkenntnisse in der renommierten Fachzeitschrift "Science" publiziert. Durch die Ergebnisse wird ein tieferes Verständnis zunehmend komplexer chemischer Reaktionen möglich, das zukünftig genutzt werden kann, um Reaktionsprozesse auf Quantenniveau zu steuern.

Einer deutsch-amerikanischen Forschergruppe ist es gelungen, chemische Prozesse mit einer nie dagewesenen Auflösung auf Quantenniveau zu vermessen. Dadurch...

Im Focus: Leoniden 2017: Sternschnuppen im Anflug?

Gemeinsame Pressemitteilung der Vereinigung der Sternfreunde und des Hauses der Astronomie in Heidelberg

Die Sternschnuppen der Leoniden sind in diesem Jahr gut zu beobachten, da kein Mondlicht stört. Experten sagen für die Nächte vom 16. auf den 17. und vom 17....

Im Focus: «Kosmische Schlange» lässt die Struktur von fernen Galaxien erkennen

Die Entstehung von Sternen in fernen Galaxien ist noch weitgehend unerforscht. Astronomen der Universität Genf konnten nun erstmals ein sechs Milliarden Lichtjahre entferntes Sternensystem genauer beobachten – und damit frühere Simulationen der Universität Zürich stützen. Ein spezieller Effekt ermöglicht mehrfach reflektierte Bilder, die sich wie eine Schlange durch den Kosmos ziehen.

Heute wissen Astronomen ziemlich genau, wie sich Sterne in der jüngsten kosmischen Vergangenheit gebildet haben. Aber gelten diese Gesetzmässigkeiten auch für...

Im Focus: A “cosmic snake” reveals the structure of remote galaxies

The formation of stars in distant galaxies is still largely unexplored. For the first time, astron-omers at the University of Geneva have now been able to closely observe a star system six billion light-years away. In doing so, they are confirming earlier simulations made by the University of Zurich. One special effect is made possible by the multiple reflections of images that run through the cosmos like a snake.

Today, astronomers have a pretty accurate idea of how stars were formed in the recent cosmic past. But do these laws also apply to older galaxies? For around a...

Im Focus: Pflanzenvielfalt von Wäldern aus der Luft abbilden

Produktivität und Stabilität von Waldökosystemen hängen stark von der funktionalen Vielfalt der Pflanzengemeinschaften ab. UZH-Forschenden gelang es, die Pflanzenvielfalt von Wäldern durch Fernerkundung mit Flugzeugen in verschiedenen Massstäben zu messen und zu kartieren – von einzelnen Bäumen bis hin zu ganzen Artengemeinschaften. Die neue Methode ebnet den Weg, um zukünftig die globale Pflanzendiversität aus der Luft und aus dem All zu überwachen.

Ökologische Studien zeigen, dass die Pflanzenvielfalt zentral ist für das Funktionieren von Ökosys-temen. Wälder mit einer höheren funktionalen Vielfalt –...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Technologievorsprung durch Textiltechnik

17.11.2017 | Veranstaltungen

Roboter für ein gesundes Altern: „European Robotics Week 2017“ an der Frankfurt UAS

17.11.2017 | Veranstaltungen

Börse für Zukunftstechnologien – Leichtbautag Stade bringt Unternehmen branchenübergreifend zusammen

17.11.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Technologievorsprung durch Textiltechnik

17.11.2017 | Veranstaltungsnachrichten

IHP präsentiert sich auf der productronica 2017

17.11.2017 | Messenachrichten

Roboter schafft den Salto rückwärts

17.11.2017 | Innovative Produkte