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Erbgut hilft beim Transistor-Bau

Dank der Moleküle fügen sich die Elemente von selbst zusammen

Von Rainer Scharf

Die Nanoelektronik hat das Ziel, elektronische Schaltkreise im atomaren Maßstab preiswert herzustellen. Einzelne Moleküle oder Molekülverbände sind dabei die funktionalen Bausteine, die den elektrischen Strom schalten, verstärken oder unterbrechen. Die rund einen Nanometer dicken Kohlenstoff-Nanoröhren spielen hier eine besondere Rolle, da sie zugleich als Drähte und als Schaltelemente genutzt werden können. Eine preiswerte Fertigung von Nanoschaltkreisen scheitert derzeit noch daran, daß man die Bauelemente mühsam einzeln zusammenfügen muß. Israelische Biophysiker haben jetzt mit Verfahren der Molekularbiologie einen Weg gefunden, aus Nanoröhren und DNS-Molekülen "selbständig" Transistoren entstehen zu lassen.

Das Bauelement, das Erez Braun und seine Mitarbeiter vom Technion in Haifa hergestellt haben, besteht aus zwei Goldelektroden, die mit einer Kohlenstoff-Nanoröhre verbunden sind ("Science", Bd. 302, S. 1380). Das Ganze sitzt, elektrisch isoliert, auf einer Unterlage aus Silizium. Legt man eine elektrische Spannung zwischen die Elektroden, so fließt ein Strom durch die Nanoröhre. Mit einer weiteren elektrischen Spannung, die man an die Siliziumunterlage anschließt, kann man den Stromfluß steuern. Das winzige Bauelement ist also ein Transistor.

Für die Herstellung des Nanotransistors haben die Forscher verschiedene biomolekulare und physikalische Verfahrensschritte der Reihe nach angewendet. Als Konstruktionsgerüst dienten bestimmte DNS-Moleküle. Dort, wo die DNS einen Abschnitt mit einer bestimmten Basensequenz hatte, sollte sich später eine einzelne Nanoröhre längsseits anlagern. Dazu präparierten die Forscher zunächst eine kurze Einzelstrang-DNS, deren Basensequenz mit der des DNS-Molekülabschnitts übereinstimmte und die sich auch sogleich an dieser Stelle anlagerte. An die Einzelstrang-DNS waren zuvor Proteinmoleküle von Kolibakterien angeschlossen worden. An diese Proteine konnten sich - über eine Molekülkette - Moleküle des Proteins Biotin binden.

Dort auf der DNS, wo die Nanoröhre längsseits gehen sollte, waren auf diese Weise zahlreiche Biotinmoleküle angebracht. Weil das Biotin wiederum eine spezifische Bindung mit dem Protein Streptavidin eingeht, dekorierten die Forscher Kohlenstoff-Nanoröhren mit Streptavidinmolekülen und gaben sie zu den DNS-Molekülen hinzu. Daraufhin lagerte sich jeweils eine Nanoröhre von selbst an der gewünschten Stelle an einem der DNS-Moleküle an. Damit war die molekularbiologische Arbeit beendet, und die Forscher gingen zu physikalischen Verfahren über.

Zunächst brachten sie die DNS-Moleküle auf eine Halbleiterunterlage und überzogen ihre Enden mit Gold. So entstanden auf jedem DNS-Molekül zwei Goldelektroden, zwischen denen eine Nanoröhre die Verbindung herstellte. Abschließend stellten die Forscher die noch nötigen elektrischen Verbindungen mit gängigen Verfahren der Halbleitertechnik her. Damit war der Nanotransistor fertig. Nach Meinung der Autoren sollte es möglich sein, auf einem DNS-Gerüst auch kompliziertere Schaltkreise aufzubauen. Dazu müßte man verschiedene molekulare Bauelemente an unterschiedlichen Stellen der DNS verankern und dann mit vergoldeten DNS-Drähten verbinden. 

Text: Frankfurter Allgemeine Zeitung, 25.11.2003, Nr. 274 / Seite 36

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