Gesundheit : Erbgut für Computerchips

Bakterien helfen beim Kleben

Gideon Heimann

Wer kleinste Bausteine der Elektronik herstellen will, bekommt ein Problem: Die Materialien lassen sich schon lange nicht mehr mit den Fingern aufeinander legen. Selbst die inzwischen herkömmlichen lithografischen Verfahren gelangen an ihre Grenzen, wenn die Bestandteile nur noch Nanometer messen – also Millionstel Millimeter. Deshalb liegt die Hoffnung der Wissenschaftler darin, Stoffe zu finden, die sich selbsttätig organisieren. Das Ziel wäre der Mikrochip, der sich so einfach backen lässt wie Brötchen: Man schütte die Bestandteile zusammen, rühre um, lasse das Ganze vielleicht noch im Ofen aufgehen – fertig.

Israelische Forscher sind dabei nun ein gutes Stück vorangekommen. Sie nutzen die Eigenschaft der Erbinformationsstränge (Desoxyribonukleinsäure, DNS), sich selbsttätig zusammenzufinden und komplexere Strukturen zu bilden. In diesem Fall binden die Bausteine des Lebens, die DNS-Teilstränge, Nanodrähtchen zweier unterschiedlicher Materialien mit Hilfe von Proteinen aneinander.

Dies geschieht genau an den gewünschten Stellen, so dass nebenan, an den unverklebten Bereichen, später der Übergang von Elektronen stattfinden kann. Und das braucht man für einen Transistor, der ja wie ein Schalter wirkt. Hierbei wird mit dem Signal eines schwachen Stromes ein stärkerer geschaltet. In Computern wird das für Speicher und Logikschaltungen gebraucht.

„Um einen solchen Schaltkreis zu entwickeln, muss man sich eben etwas einfallen lassen, um den Molekülen mitzuteilen, wohin sie sich zu bewegen haben und wie sie sich miteinander verbinden sollen“, sagt Erez Braun, Physikdozent am Technion (Institut für Technologie) in Haifa. Er veröffentlichte die Arbeit seiner Gruppe im aktuellen Heft des Fachblatts „Science“.

So einfach, wie das klingt, ist es natürlich nicht, den „intelligenten Klebstoff“ herzustellen. Die Forscher mussten zunächst den DNS-Strang so bearbeiten, dass er an gezielt definierten Bereichen aufnahmebereit wird für ein Protein. Das stammt vom Escherichia Coli, einem Bakterium, das sich vorwiegend im Verdauungstrakt von Organismen aufhält und bereits sehr gut erforscht ist.

Dieses Protein sorgt im Bakterium für die genetische Rekombination bei Reparaturen der Erbinformation – und zwar an exakt der gewünschten Stelle: Es schafft Verbindungen an ganz bestimmten „Adressen“ der DNS. Im Labor der Technologen jedoch wirkt das Eiweiß eigentlich wie Pattex – als Bindeglied zwischen dem DNS-Strang und dem Kohlenstoffröhrchen, das zuvor ebenfalls teilweise mit dem Eiweiß präpariert worden ist.

Damit allein ist aber noch keine elektrische Schaltung geschaffen, denn die DNS ist nicht leitend. Deshalb muss der DNS-Faden an den Enden noch mit Gold überzogen werden. Das scheidet sich nur an Stellen ab, an denen kein Protein sitzt. So entsteht ein Schaltsystem aus zwei eng miteinander verklebten Stäben – aus dem Kohlenstoff-Nanoröhrchen und dem DNS-Strang mit den vergoldeten Kontakt-Enden. Erst diese Metallbeschichtung lässt Elektronen fließen. Wirkt auf dieses System nun ein elektrisches Feld aus dem Trägermaterial ein, wird es leitend, es schaltet.

Bis sich Milliarden solcher Transistoren zum „Supercomputer aus der Tüte“ anordnen, wird es noch dauern. So um die zehn Jahre haben die Forscher wohl, dann dürfte die aktuelle Siliziumtechnik an ihren Grenzen angekommen sein.

0 Kommentare

Neuester Kommentar