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News: Für die Werkzeugkiste der Nano-Bastler

Nanotechnologen spielen gern mit ganz kleinen Bauklötzchen. Zum Basteln mit den molekularen Legosteinen fehlt ihnen aber oft noch das geeignete Werkzeug. Jetzt gibt es den Prototypen eines 'Roboterarms' aus DNA-Molekülsträngen. Nach Meinung seiner Baumeister ist das der erste Schritt in Richtung von Nanofabriken, in denen fleißige Nanoroboter maßgeschneiderte Moleküle herstellen.
Ein Team um Nadrian C. Seeman von der New York University hat ein steuerbares mechanisches System aus einem Molekül konstruiert. Das Baumaterial dabei war DNA, der Träger der Erbinformation. Als Werkstoff ist DNA deshalb geeignet, weil sich durch geschickte Kombination der Nukleotide bestimmte geometrische Strukturen "programmieren" lassen (Nature, 14. Januar 1999).

Die molekulare Vorrichtung besitzt zwei starre Arme, die zwischen festen Positionen rotieren können. Zu ihrer Konstruktion benutzten die Forscher synthetische sogenannten double-crossover DNA (DX), die aus zwei Doppelsträngen besteht. Zwei relativ kurze DX-Moleküle wurden durch eine Brücke verbunden, die ein Stück klassischer rechtshändiger DNA (B-DNA) enthielt. Die zwei freien Enden der verbundendene DX-Moleküle lagen sich dann gegenüber (Bild 1).

Bei Anwesenheit einer positiv geladenen Kobaltverbindung wandelt sich die rechtshändige B-DNA in eine linkshändige Struktur um, die als Z-DNA bezeichnet wird. Die freien Enden der DX-Moleküle drehen sich dabei auf die gegenüberliegenden Seiten der Brücke (Bild 2).

Zum Nachweis der Funktionstüchtigkeit des nanomechanischen Bauteils befanden sich an den freien Enden der DX-Stränge spezielle Farbstoffmoleküle, deren relative Abstände zueinander vor und nach der Drehung mittels Fluoreszenz-Resonanzenergietranfer-Spektroskopie (FRET) bestimmt wurden.

Der aus DNA gebaute "Roboterarm" kennt bisher nur zwei Zustände. Auch ist nichts darüber bekannt, ob seine Bewegung auf einfachem Wege umkehrbar ist. So dürfte es bis zur "Molekülfabrik im Wasserglas" noch ein weiter Weg sein.

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