Attogramm-Waage: Schwingende Nanoröhrchen wiegen auf das Millardstel Millardstel Gramm genau

Wer weiß, wie schwer ein Teilchen ist, weiß auch meistens, woraus es genau besteht. Waagen sind daher wichtige Analyse-Werkzeuge. Amerikanischen Forschern gelang es nun, mit winzigen Nanoröhrchen aus Kohlenstoff einzelne Eisenpartikel auf ein Milliardstel Nanogramm genau zu wiegen.

Berkeley (USA) - Mit dieser Attogramm-Waage könnten auch einzelne Viren gewogen und so nachgewiesen werden. Zum Vergleich: Ein einziges Staubkorn mit einer Masse von etwa einem Tausendstel Milligramm ist rund eine Million mal schwerer als Tausend Viren.

In der Fachzeitschrift "Physical Review Letters" beschreibt die Gruppe um Alex Zettl von der University of California in Berkeley ihren so genannten Nanotube-Resonator. "Diese nanoelektromechanischen Systeme (NEMS) werden immer wichtiger für die Grundlagenforschung und technische Anwendungen", schreiben die Forscher. Um als Waage zu fungieren, spannten Zettl und Kollegen ein einzelnes Nanoröhrchen in ein elektrisch anschließbares Halbleiter-Modul ein. Mit Radiowellen kann es in Schwingungen von bis zu 1300 Megahertz angeregt werden. Über Spannungsschwankungen lässt sich nun eine Änderung der Resonanzfrequenz des Röhrchens bestimmen.

Beladen mit einigen Eisenteilchen veränderte sich diese Frequenz nun von 470 auf 390 Megahertz. Aus dieser Messung heraus ließ sich die Masse der Teilchen auf etwa 35 Attogramm bestimmen. Dabei arbeitete das NEMS-Modul im Unterschied zu anderen Ansätzen für ultrafeine Waagen ohne Laserstrahlen sogar bei Raumtemperatur. Bereits vor zwei Jahren nutzten Physiker von der Cornell University Laserlicht und winzige Nanohebel, um einzelne Viren mit Attogramm-Genauigkeit zu wiegen.

Doch Zettl ist überzeugt, dass sich sein Wiegeprinzip leichter in NEMS-Module für chemische Analysen integrieren lässt. Zudem hätten die schwingenden Nanoröhrchen das Potenzial, noch tausendfach genauer wiegen zu können. Gelingt dieser Schritt hin zum so genannten Zeptogramm, wäre auch mechanisch die Masse von einzelnen Proteinen oder Erbgutbausteinen bestimmbar.