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Proteine ordnen Nanoteilchen an

Die Forscher der Nasa haben eine neue Methode zur Anordnung von nur wenigen Millionstel Millimeter großen Metall- und Halbleiterteilchen entwickelt. Die Teilchen werden dafür an Proteinen befestigt, die sich spontan zu einem hexagonalen Muster zusammenfinden. Damit lassen sich aus den Teilchen etwa eindimensionale Ketten herstellen, die als winzige optische Wellenleiter eingesetzt werden könnten.

Proteine

Die Nasa-Wissenschaftler um Jonathan Trent des vom Ames Forschungszentrums in Silicon Valley haben in ihrem Experiment ein Protein eines Schwefelbakteriums derart verändert, dass es an den Oberflächen von nur wenigen Nanometer (Millionstel Millimetern) großen Metall- und Halbleiterteilchen haften kann. Dafür benutzten die Wissenschaftler aus der Biologie bekannte Methoden der Gentechnik.

Das modifizierte Gen des Schwefelbakteriums wurde in ein "E. coli Bakterium" injiziert, das danach das Fremdprotein des Schwefelbakteriums produzierte. Da Schwefelbakterien vor allem an extrem heißen Orten der Erdkruste hausen, bleiben ihre Proteine im Gegensatz zu den Bestandteilen des E. coli Wirts bei hohen Temperaturen stabil und die Wissenschaftler konnten das Fremdprotein so durch bloßes Erhitzen isolieren.

Mittels eines chemischen Tricks kristallisierten Sie nun die Proteine zu einer dünnen, zweidimensionalen Kristallschicht aus. Die einzelnen Proteine ordneten sich dabei in hexagonalen Strukturen mit Durchmessern von zwanzig Nanometern an. Die Kristallschicht wurde dann auf einem herkömmlichen Siliziumwafer befestigt.

Die Forscher mussten nun nur noch Metall- oder Halbleiternanoteilchen auf die Kristallschicht bringen diese haben sich dann von alleine an den Bindungsstellen der Proteine angeordnet. Auf diese Weise gelang es den Forschern, die Teilchen in zweidimensionalen geordneten Strukturen und eindimensionalen Ketten anzuordnen.

Regelmäßige Anordnungen von Nanoteilchen könnten sich unter anderem zur Herstellung von winzig kleinen Lichtwellenleitern eignen, die Abmessungen unterhalb der Beugungsgrenze des Lichts besitzen. Daher arbeiten mehrere Forschergruppen in aller Welt an der Untersuchung der optischen und elektrischen Eigenschaften von Metall- und Halbleiterteilchen. Das berichten die Wissenschaftler in der Dezemberausgabe des Fachblatts "Nature Materials".