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News: DNA als Tinte

Vom Informationsträger zum Informationsübermittler - unsere Erbsubstanz eignet sich nicht nur als Bauanleitung oder Rechenmaschine, sie kann auch als Tinte dienen. Das Schreibwerkzeug, ein Rasterkraftmikroskop, ist allerdings kein Fall für die Westentasche.
dip-pen nanolithography
Tinte gibt es in vielen Varianten: schwarz, bunt, unsichtbar und das alles noch je nach Material mit verschiedenen Eigenschaften. Warum sollte also nicht auch unsere eigene Erbsubstanz als Schreibmittel eignen? Schließlich gibt es schon eine ganze Reihe von Verfahren, mit denen sich DNA-Stücke auf Oberflächen auftragen und befestigen lassen – in Form von Gen-Chips sind sie in der Molekularbiologie inzwischen Laboralltag.

Chad Mirkin von der Northwestern University in Evanston dachte jedoch an ein etwas ungewöhnliches Schreibgerät: ein Rasterkraftmikroskop. Normalerweise dienen die Geräte dazu, mit der Spitze Oberflächeneigenschaften abzutasten oder feinste Ritzen in Materialien zu kratzen. Mirkin und seine Kollegen hatten ihr Mikroskop aber bereits im August 2001 als geeigneten Federhalter vorgestellt. Als Tinte für ihre Nano-Kalligraphie verwendeten sie damals Kohlenwasserstoffverbindungen, mit denen sie auf einem Goldplättchen schrieben.

Auf Gold kritzelten sie auch diesmal, doch dabei beließen sie es nicht. Denn als sie die Tinte aus DNA-Bruchstücken – so genannten Oligonucleotiden – mit einem Acrylamid-Ende versahen, konnten sie zudem die Oberfläche von Silicium-Wafern als Tafeln verwenden – eine wichtige Voraussetzung, um beispielsweise Ladungstransport oder optische Phänomene im Nahfeld untersuchen zu können, was die Goldunterlage verhindern würde. Entscheidend für erfolgreiche Schreibversuche war allerdings, dass sie die Spitze der Rasterkraftmikroskop-Sonde vorher gut mit DNA-Bruchstücken beschichteten und die Flächen zwischen den Punkten so behandelten, dass dass dort keine DNA-Stücke binden konnten.

Dann aber konnten die Wissenschaftler sogar unbekümmert in Tintentöpfe verschiedenen Inhalts dippen. Denn als sie die Reinheit der Tropfen überprüften, indem sie nachher ein Gemisch der dazu passenden, komplementären DNA-Stücke darüber schickten, wurde es sauber aufgetrennt. An den jeweiligen Oligonucleotiden befestigte Goldkügelchen verschiedener Größe bildeten die gleichmäßige Anordnung zuverlässig ab, wie die Spitze des Rasterkraftmikroskops – nun als Lesegerät – ermittelte.

Die Abstände zwischen den abgesetzten Pünktchen unterschreitet außerdem die bisherige Auflösung auf Gen-Chips bei weitem. Mirkin und seine Mitarbeitern erreichten Tropfengrößen von bis zu 50 Nanometern, wobei sie deren Durchmesser über die Luftfeuchtigkeit genauestens regeln konnten. Ein entsprechender Punkt auf einem heute handelsüblichen Gen-Chip misst hingegen 20 bis 40 Mikrometer. Bewährt sich die neue Methode, ließen sich also auf dessen Fläche zukünftig 100 000 diagnostische Testpunkte unterbringen. Und – wie der Versuch mit den Goldkügelchen zeigte –, sie wäre auch eine Methode, architektonische Strukturen im Nanomaßstab zu schaffen.

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