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Polymer-Forschung Datenspeicher mit Lachs-DNA und Nano-Silber

| Redakteur: Holger Heller

Ein neuartiger Biopolymer-Film speichert Informationen kostengünstig und umweltverträglich. Das organische System entstand aus einer Zusammenarbeit des DFG-Centers for Functional Nanostructures (CFN) am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und des Institute of Photonics Technologies an der National Tsing Hua University in Taiwan.

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Silber-Nanopartikel auf Lachs-DNA: nach der Bestrahlung mit UV-Licht (Bild: Philipp Müller, CFN)
Silber-Nanopartikel auf Lachs-DNA: nach der Bestrahlung mit UV-Licht (Bild: Philipp Müller, CFN)

Der DNA-Datenspeicher eigne sich u.a. für biotechnische Anwendungen, etwa als Bauteil in Biosensoren, erklärten die Forscher des KIT. Das System besteht aus einer dünnen Schicht der DNA eines Lachses, die mit Silbersalzen versetzt und zwischen zwei Elektroden eingebettet ist.

Wird es mit UV-Licht stimuliert, bilden sich Silber-Nanopartikel, durch die Strom fließen kann. So entsteht ein Biopolymer-Film, auf den sich Daten schreiben lassen. Der Speicher lässt sich einmal beschreiben und mehrmals auslesen (WORM – Write-Once-Read-Many-Times). Der DNA-basierte Speicher sei kostengünstiger als herkömmliche Speicher, die aus anorganischen Materialien wie Silizium bestehen, heißt es seitens des CFN, einer interdisziplinären Forschungsgruppe für DNA-Nanotechnologie, Biofunktionalisierung und Design von lichtgesteuerten Nanobauteilen.

Außerdem sei er recycelbar, und die Rohstoffe sind in der Natur reichlich vorhanden. Bei niedriger Spannung fließt nur geringer Strom durch den DNASilber-Biopolymer-Film. Diesen Zustand interpretieren die Forscher als logische Null. Ab einer bestimmten Grenzspannung aber bilden sich freie Ladungsträger, die einen höheren Stromfluss verursachen, was von den Wissenschaftlern als logische Eins interpretiert wird.

Nanotechnologie und Polymer-Fertigung vereint

Diese Leitfähigkeit lässt sich, wenn sie einmal erreicht ist, auch durch eine Änderung der Spannung nicht mehr rückgängig machen – einmal eingeschaltet, bleibt das System aktiv, egal welche Spannung anliegt. Auch nach 30 Tagen lässt sich die Leitfähigkeit noch nachweisen. Die Information bleibt also erhalten.

Die Herstellung des neuartigen DNA-Datenspeichers verbindet aktuelle Erkenntnisse aus der DNA-Nanotechnologie mit Erfahrungen aus der Fertigung herkömmlicher Polymer-Bauteile. Die Forscher erwarten Anwendungen ihres Systems als optische Speicher oder auch in sogenannten plasmonischen Bauteilen.

Plasmonen sind nanometergroße elektronische Anregungen in Metallen. Die Forschung zu DNA als Biopolymer stehe zwar noch am Anfang, so das CFN, in naher Zukunft würden sich aber noch weitere Anwendungsmöglichkeiten eröffnen.

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