Künstliche Moleküle: DNA als Klebstoff für neue Materialien

Bunte Kugeln stellen die einzelnen Moleküle dar, die sich zu einer Tetraederstruktur zusammen gefügt haben.
Tetraeder aus verklebten Nanoteilchen

New York (USA) – So wie Atome sich über chemische Bindungen zu Molekülen verknüpfen, lassen sich Nanoteilchen zu neuen Materialien mit kontrollierbaren Eigenschaften verkleben. Dieses Ziel erreichten nun Chemiker mit gezielt erzeugten Haftpunkten an der Oberflächen von winzigen Partikeln. Als Klebstoff dienten ihnen DNA-Molekülstränge, über die sich die Struktur der neuen Substanzen steuern ließ. Diese Ergebnisse, die zu Werkstoffen mit bisher nicht erreichbaren Eigenschaften führen sollen, veröffentlichten die Wissenschaftler in der Zeitschrift „Nature“.

„Lenkbare Verknüpfungen eröffnen viele Wege für eine kontrollierte Selbstorganisation, die vorher nicht möglich waren“, sagt David Pine von der New York University. Zusammen mit seinen Kollegen griff er zuerst zu winzigen Kügelchen aus dem Kunststoff Polystyrol. Über einen mehrstufigen Prozess schafften sie es, an wenigen Punkten auf der Oberfläche dieser Kügelchen chemische Haftstellen zu erzeugen. An diese dockten die Forscher darauf DNA-Molekülstränge an. Diese zeichneten sich dadurch aus, dass sie sich nur gezielt mit anderen, chemisch genau passenden DNA-Stücken, die wiederum an anderen Partikeln hingen, verknüpften.

In zwölf einzelnen Aufnahmen ist die Struktur eines tetraeder-förmigen Kolloids aus verschiedenen Perspektiven gezeigt.
Mikroskopaufnahme neuer Kolloide

Verteilt in einem Lösungsmittel verklebten sich die so vorbereiteten Kunststoffkügelchen völlig selbstständig mit weiteren Nanoteilchen. Dabei entstanden geordnete Strukturen wie Dreicke, Tetraeder oder schlichte, kurze Ketten. Über die Geometrie dieser neuen Materialien lassen sich prinzipiell auch ihre chemischen und physikalischen Eigenschaften steuern. So führt dieses kontrollierbare Verkleben von Nanoteilchen zu einer neuen Synthesemethode für funktionelle Materialien, deren elektrische Leitfähigkeit, Farbe oder chemische Aktivität gezielt vorbestimmt werden könnten. Auch Metamaterialien und optische Werkstoffe, die beispielsweise für bessere Linsen oder Tarnkappen genutzt werden können, wären so relativ einfach herstellbar.