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Nanotechnik: Spezial-DNA sortiert Nanoröhrchen

DNA um NanorohrLaden...
Bei der Herstellung von Kohlenstoffnanoröhren entsteht üblicherweise ein Wust unterschiedlichster Formen und Größen. Maßgeschneiderte DNA-Stücke sollen nun bei der Sortierung helfen. Ein Team um Ming Zheng von der Forschungs- und Entwicklungsabteilung der Technologiefirma DuPont in Wilmington und der Lehigh University im US-amerikanischen Bethlehem fahndete dazu systematisch nach Sequenzen, die sich an genau einen Röhrchentyp heften. Mit Standardverfahren lassen sich die Verbindungen anschließend separieren.

DNA wickelt sich um ein NanoröhrchenLaden...
DNA wickelt sich um ein Nanoröhrchen | Die Grafik veranschaulicht das Prinzip: Das graue Nanoröhrchen in der Mitte wird von DNA-Strängen eingewickelt und festgehalten. Dieser Komplex lässt sich anschließend durch Standardverfahren isolieren.
DNA besteht aus einem Grundgerüst, an dem sich die Basen Adenin, Thymin, Guanin und Cytosin in beliebiger Reihenfolge befestigen lassen. Welche Abfolge nützlich ist, ermittelte die Gruppe um Zheng mit Hilfe einer Kombination aus Durchprobieren und systematischer Suche: Bei der von den Forscher festgelegten Maximallänge von 30 Basen sind rein rechnerisch rund 1018 verschiedene Sequenzen denkbar. Den Wissenschaftlern gelang es allerdings, mit rund 350 getesteten Basenfolgen zum Ziel zu kommen.

Erfolg hatten sie mit stark regelmäßigen Ketten, bei denen sich eine simple, drei oder vier Buchstaben lange Basensequenz bis zu zehn Mal wiederholte. Zheng und Kollegen vermuten, dass sich mehrere identische solcher Stränge nebeneinander anlagern und zu einer Art Zylinder aufrollen. In dessen Zwischenraum würden dann nur noch Röhrchen genau einer Form passen. Insgesamt stießen sie auf 20 solcher Bausteine, die sich zum Sortieren zwölf wichtiger Röhrengeometrien nutzen lassen.

Das Gemisch aus Röhrchen und DNA unterzogen sie anschließend einem herkömmlichen Chromatografieverfahren, das die jeweils unterschiedlichen elektrischen Eigenschaften der DNA-Stückchen nutzt, um sie voneinander zu trennen. Eine Auswertung ergab, dass die Reinheit der so gewonnen Proben nahe bei 99 Prozent lag. Allerdings scheint das Verfahren bestimmte Röhrchenarten – die so genannten halbleitenden, chiralen Typen – zu bevorzugen. Eine Suche nach noch selektiveren DNA-Bausteinen könnte hier Abhilfe schaffen, hofft das Forscherteam.

Zwar sei das neue Verfahren nicht die händeringend gesuchte Methode, mit der sich einheitliche Kohlenstoffnanoröhrchen auch im industriellen Maßstab herstellen lassen, räumen auch die Forscher ein – zu teuer komme noch immer die im Reagenzglas erzeugte DNA. Möglicherweise könnten die hochreinen Proben aber als Vorlagen für Vervielfältigungsverfahren dienen.

Gelänge es, kostengünstig und in nennenswertem Umfang identische Röhrchen herzustellen, ließe sich deren enorm hohes Potential auch für kommerzielle Anwendungen in Elektronik und Nanotechnik nutzbar machen. Wissenschaftler interessieren sich vor allem für die besonderen Stromleiteigenschaften und die Stabilität der winzigen Röhren. (jd)
28. Woche 2009

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 28. Woche 2009

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  • Quellen
Tu, X. et al.: DNA sequence motifs for structure-specific recognition and separation of carbon nanotubes. In: Nature 460, S. 250–253, 2009.

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