Transistoren in Nanogröße: Viren spinnen Kristalle und Fäden aus Gold

Autor: Margit Kuther

Forscher brachten einen genmanipulierten Virus dazu, aus Goldatomen einen wenige Nanometer großen Kristall zu formen.

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Goldkristall: basierend auf dem Virus M13
Goldkristall: basierend auf dem Virus M13
(Bild: UCR/Haberer Labor)

Ziel der Forscher der University of California ist es, dass sich elektronische Komponenten wie Transistoren in Nanogröße preiswerter und schneller fertigen lassen.

„Die Natur hat seit Jahrtausenden komplexe, hochorganisierte Nanostrukturen mit einer solchen Präzision zusammengesetzt, die den fortschrittlichsten technologischen Ansätzen weit überlegen ist“, kommentiert Elaine Haberer, Professorin für Elektro- und Computertechnik am Marlan and Rosemary Bourns College of Engineering der University of California. Wer diese Fähigkeiten der Natur im Nanobereich versteht und sie zu nutzen vermag, der kann dies auf Materialien übertragen und eine bisher unerreichte Leistung erzielen.

Viren existieren in einer Vielzahl von Formen. Sie haben zahlreiche Rezeptoren, die sich an Moleküle binden. Die Wissenschaftler haben die Rezeptoren genetisch so verändert, dass sie Ionen von Metallen anziehen, die in der Elektronik verwendet werden. Wenn diese Ionen nun am Virus haften, entsteht ein Objekt gleicher Größe und Form.

Auf diese Weise stellten die Forscher Nanostrukturen für Batterieelektroden, Superkondensatoren, Sensoren, biomedizinische Werkzeuge, photokatalytische Materialien und Photovoltaik her. Die Forscher nutzen die Gold-Nanokristalle auch, um durch verbessertes photokatalytisches Verhalten Schadstoffe aus dem Abwasser zu entfernen.

Ein Manko ist jedoch, dass die Form des Virus die Bandbreite der möglichen Metallformen begrenzt. Die Wissenschaftler verwendeten für ihr Projekt ein M13-Bakteriophag, also ein virusähnliches Kleinstlebewesen, das Bakterien, in diesem Fall gramnegative Bakterien wie Escherichia coli, die im Verdauungstrakt von Mensch und Tier vorkommen, infiziert.

M13-Bakteriophagen, die gentechnisch so verändert sind, dass sie sich mit Gold verbinden, werden in der Regel zu langen, goldenen Nanodrähten verarbeitet. Als die Forscher den Infektionsprozess des M13-Bakteriophagen untersuchten, haben sie festgestellt, dass das Virus eine sphärische Form annimmt, wenn es mit Wasser und Chloroform in Kontakt kommt. Nachdem Haberers Gruppe dann eine Goldionenlösung zu den M13-Sphäroiden hinzufügte, entstanden stachelige hohle Gold-Nanokristalle.

„Mit einem einfachen Umwandlungsverfahren gelang es uns, dass M13 einmal kugelförmige, kristalline Nanoschalen mit einem Durchmesser von zehn Nanometern schuf, ein andermal Goldfäden von einem Mikrometer Länge spann“, fasst Haberer zusammen. Die Forscher sind zudem überzeugt, mittels anderer Bakteriophagen weitere neue Kristallformen schaffen zu können.

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 Margit Kuther

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Redakteur, ELEKTRONIKPRAXIS - Wissen. Impulse. Kontakte.