Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Fortschritte in der DNA-Nanotechnologie

21.06.2011
Bauen mit DNA

Desoxyribonukleinsäure oder kurz DNS (engl. DNA) ist nicht nur das Material, aus dem die Gene sind. Sie lässt sich auch hervorragend als molekulares Baumaterial verwenden, um neuartige künstliche Strukturen zu erzeugen.

Der Arbeitsgruppe um Prof. Clemens Richert vom Institut für Organische Chemie der Universität Stuttgart ist zusammen mit Kollegen am Karlsruher Institut für Technologie der Nachweis gelungen, dass extrem kurze sogenannte „klebrige Enden“ aus DNA-Bausteinen ausreichen, um stabile Hybridmoleküle herzustellen.

Bei der DNA-Hybrid-Technik erzeugen die Chemiker einfache organische Moleküle im Reagenzkolben, die als tetra- oder oktaedrische Verzweigungspunkte dienen.

Daran hängen die Stuttgarter kurze DNA-Schnipsel, bestehend aus lediglich zwei Grundbausteinen, den Nukleotiden mit den vier Basen Adenin, Thymin, Guanin oder Cytosin. Als genetischer Informationsträger wäre ein DNA-Strang aus zwei Bausteinen zu kurz. Um große Molekülverbände zusammen zu halten, sind die „klebrigen Enden“ stark genug, wie Richert und seine Kollegen herausfanden.

Für ihren „Chemiebaukasten“ nutzen die Chemiker eine besondere Eigenschaft der DNA: In der Natur lagern sich zwei DNA-Einzelstränge in entgegengesetzter Richtung zu einer schraubenförmig gewundenen Doppelhelix zusammen. Dabei paaren sich immer Adenin mit Thymin und Guanin mit Cytosin. Nach dem gleichen Muster wechselwirken die beiden Basen eines Hybridmolekülbausteins mit den beiden anderen Basen eines zweiten Bausteins.

Daraus ließen sich Substanzen mit besonderen Eigenschaften kreieren. Beispielsweise könnten die Chemiker Stoffe mit nanometerkleinen Poren schaffen, das entspricht einem Milliardstel Meter. Die winzigen Poren sind deshalb nützlich, weil sie kleinen und mittelgroßen Molekülen als Bindungstasche dienen können. So ließen sich neuartige Materialien herstellen, die Farbstoffe einlagern und somit fluoreszieren. Mittelfristig könnten die porösen Materialien auch dazu dienen, Lichtsammelkomplexe nachzuahmen wie sie zum Beispiel in Photosynthese treibenden Pflanzen vorkommen.

Auch als Speicher für energiereiche Biomoleküle wären die DNA-Hybrid-Moleküle denkbar. Zurzeit arbeitet das Team von Prof. Richert daran, DNA-Hybrid-Materialien noch effizienter zu produzieren. Bisher haben die Chemiker die DNA-Hybride stufenweise auf einem teuren, festen Träger aufgebaut. Zukünftig soll die Synthese in wenigen Schritten in Lösung gelingen.

Bereits Anfang der 1980er Jahre erkannte der amerikanische Wissenschaftler Nadrian Seeman die DNA als molekulares Baumaterial. Er gilt als der Begründer der DNA-Nanotechnologie, die sich nicht um die genetische Information einer DNA-Sequenz kümmert, sondern kleine Schnipsel der DNA als molekulare Seile oder Drähte sieht, die umeinander geflochten werden können. Seemans Landsmann Paul Rothemund faltete DNA sogar zu kleinen Kunstwerken wie Smileys, Landkarten oder Sternen. Seine im Jahr 2006 veröffentlichte Methode nannte der DNA-Nanotechnologe analog zur japanischen Papierfaltkunst DNA-Origami. Für konkrete Anwendungen sind die bisherigen Techniken allerdings noch zu teuer. Die in Stuttgart mitentwickelte Methode könnte eine preiswerte und robuste Alternative darstellen.

Ansprechpartner: Prof. Clemens Richert, Institut für Organische Chemie, Tel. 0711/685-64311

e-mail: lehrstuhl-2@oc.uni-stuttgart.de

Andrea Mayer-Grenu | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-stuttgart.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Optische Kontrolle von Herzfrequenz oder Insulinsekretion durch lichtschaltbaren Wirkstoff
17.07.2018 | Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf

nachricht Künstliche neuronale Netze helfen, das Gehirn zu kartieren
17.07.2018 | Max-Planck-Institut für Neurobiologie

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: Diamant – ein unverzichtbarer Werkstoff der Fusionstechnologie

Forscher am KIT entwickeln Fenstereinheiten mit Diamantscheiben für Fusionsreaktoren – Neue Scheibe mit Rekorddurchmesser von 180 Millimetern

Klimafreundliche und fast unbegrenzte Energie aus dem Fusionskraftwerk – für dieses Ziel kooperieren Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler weltweit. Bislang...

Im Focus: Wiener Forscher finden vollkommen neues Konzept zur Messung von Quantenverschränkung

Quantenphysiker/innen der ÖAW entwickelten eine neuartige Methode für den Nachweis von hochdimensional verschränkten Quantensystemen. Diese ermöglicht mehr Effizienz, Sicherheit und eine weitaus geringere Fehleranfälligkeit gegenüber bisher gängigen Mess-Methoden, wie die Forscher/innen nun im Fachmagazin „Nature Physics“ berichten.

Die Vision einer vollständig abhörsicheren Übertragung von Information rückt dank der Verschränkung von Quantenteilchen immer mehr in Reichweite. Wird eine...

Im Focus: Was passiert, wenn wir das Atomgitter eines Magneten plötzlich aufheizen?

„Wir haben jetzt ein klares Bild davon, wie das heiße Atomgitter und die kalten magnetischen Spins eines ferrimagnetischen Nichtleiters miteinander ins Gleichgewicht gelangen“, sagt Ilie Radu, Wissenschaftler am Max-Born-Institut in Berlin. Das internationale Forscherteam fand heraus, dass eine Energieübertragung sehr schnell stattfindet und zu einem neuartigen Zustand der Materie führt, in dem die Spins zwar heiß sind, aber noch nicht ihr gesamtes magnetisches Moment verringert haben. Dieser „Spinüberdruck“ wird durch wesentlich langsamere Prozesse abgebaut, die eine Abgabe von Drehimpuls an das Gitter ermöglichen. Die Forschungsergebnisse sind jetzt in "Science Advances" erschienen.

Magnete faszinieren die Menschheit bereits seit mehreren tausend Jahren und sind im Zeitalter der digitalen Datenspeicherung von großer praktischer Bedeutung....

Im Focus: Erste Beweise für Quelle extragalaktischer Teilchen

Zum ersten Mal ist es gelungen, die kosmische Herkunft höchstenergetischer Neutrinos zu bestimmen. Eine Forschungsgruppe um IceCube-Wissenschaftlerin Elisa Resconi, Sprecherin des Sonderforschungsbereichs SFB1258 an der Technischen Universität München (TUM), liefert ein wichtiges Indiz in der Beweiskette, dass die vom Neutrino-Teleskop IceCube am Südpol detektierten Teilchen mit hoher Wahrscheinlichkeit von einer Galaxie in vier Milliarden Lichtjahren Entfernung stammen.

Um andere Ursprünge mit Gewissheit auszuschließen, untersuchte das Team um die Neutrino-Physikerin Elisa Resconi von der TU München und den Astronom und...

Im Focus: First evidence on the source of extragalactic particles

For the first time ever, scientists have determined the cosmic origin of highest-energy neutrinos. A research group led by IceCube scientist Elisa Resconi, spokesperson of the Collaborative Research Center SFB1258 at the Technical University of Munich (TUM), provides an important piece of evidence that the particles detected by the IceCube neutrino telescope at the South Pole originate from a galaxy four billion light-years away from Earth.

To rule out other origins with certainty, the team led by neutrino physicist Elisa Resconi from the Technical University of Munich and multi-wavelength...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Wie geht es unserer Ostsee? Ein aktueller Zustandsbericht

17.07.2018 | Veranstaltungen

Interdisziplinäre Konferenz: Diabetesforscher und Bioingenieure diskutieren Forschungskonzepte

13.07.2018 | Veranstaltungen

Conference on Laser Polishing – LaP: Feintuning für Oberflächen

12.07.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Optische Kontrolle von Herzfrequenz oder Insulinsekretion durch lichtschaltbaren Wirkstoff

17.07.2018 | Biowissenschaften Chemie

Umweltressourcen nachhaltig nutzen

17.07.2018 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Textilien 4.0: Smarte Kleidung und Wearables als Innovation

17.07.2018 | Innovative Produkte

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics