DNA-Nanotechnologie

Was macht DNA in einem Computerchip?

DNA-Strukturen könnten in Mikroelektronik integriert werden

Mikroelektronik-Komponenten auf Siliziumbasis sind bislang immer weiter verkleinert worden. Eine weitere Reduzierung ist jedoch aufgrund der physikalischen Grenzen kaum mehr möglich. Außerdem ist es schwierig, innovative Materialien mit neuartigen Funktionen zu integrieren.

Deshalb sind alternative Technologien nötig, um die bestehenden Systeme sinnvoll zu erweitern oder sie teilweise zu ersetzen. In einem eher unkonventionellen Ansatz kommen aus Desoxyribonukleinsäure (DNA) hergestellte Nano-Strukturen zum Einsatz, die die zielgerichtete Anordnung von funktionellen Materialien und Nanopartikeln ermöglichen. Daraus entstehen elektronische, nanophotonische und optoelektronische Bauelemente.

Die DNA ist die Erbsubstanz aller Lebewesen, aber auch ein einzigartiges Baumaterial. Aus ihr lassen sich fast beliebig geformte Strukturen im Nanometerbereich wie Rechtecke, Röhrchen oder auch Smileys synthetisieren. Diese Strukturen sind einige tausendmal kleiner als der Durchmesser eines Menschenhaars. Dies ist möglich, da einzigartige DNA-Sequenzen genau vorprogrammierte molekulare Interaktionen erlauben. Deshalb wird auch von selbstbauenden Strukturen (self-assembly) gesprochen. Diese Selbstorganisation läuft sehr kostengünstig und milliardenfach in einem Tropfen Wasser ab, ohne dass dafür hochspezialisierte Fertigungsstätten wie Reinräume nötig wären.

Am Center for Advancing Electronics Dresden (cfaed) forschen Wissenschaftler an diesen sogenannten Biomolecular-Assembled Circuits (BAC), den biomolekular assemblierten Schaltkreisen. So sollen für die Mikroelektronik Bauelemente mit einer großen Vielfalt an Materialien und Funktionen hergestellt werden. Anhand von metallischen Nanopartikeln für Lichtleiter und Antennen demonstrierte das cfaed-Team bereits, wie die nanometergenaue Anordnung der Bauteile in der Anwendung aussehen kann.