Mindre än AIDS-viruset – det är för närvarande omkretsen av de minsta transistorerna. Branschen har krympt de centrala elementen i sina datorchips till fjorton nanometer under de senaste sextio åren. Konventionella metoder, dock, når fysiska gränser. Forskare runt om i världen letar efter alternativ. En metod kan vara självorganisering av komplexa komponenter från molekyler och atomer. Forskare vid Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) och Paderborn University har nu gjort ett viktigt framsteg:fysikerna genomförde en ström genom guldpläterade nanotrådar, som självständigt satte ihop sig från enskilda DNA-strängar. Deras resultat har publicerats i den vetenskapliga tidskriften Langmuir .

Vid första ögonkastet, det liknar maskiga linjer framför en svart bakgrund. Men vad elektronmikroskopet visar på nära håll är att de nanometerstora strukturerna förbinder två elektriska kontakter. Dr. Artur Erbe från Institutet för jonstrålefysik och materialforskning är nöjd med vad han ser. "Våra mätningar har visat att en elektrisk ström leds genom dessa små ledningar." Detta är inte nödvändigtvis självklart, betonar fysikern. Vi är, trots allt, som handlar om komponenter gjorda av modifierat DNA. För att producera nanotrådarna, forskarna kombinerade en lång enkelsträng av genetiskt material med kortare DNA-segment genom basparen för att bilda en stabil dubbelsträng. Med denna metod, strukturerna får oberoende den önskade formen.

"Med hjälp av detta tillvägagångssätt, som liknar den japanska pappersvikningstekniken origami och därför kallas DNA-origami, vi kan skapa små mönster, " förklarar HZDR-forskaren. "Extremt små kretsar gjorda av molekyler och atomer är också tänkbara här." Denna strategi, som forskare kallar "bottom-up"-metoden, syftar till att vända på konventionell produktion av elektroniska komponenter. "Industrin har hittills använt det som kallas" top-down "-metoden. Stora delar skärs bort från basmaterialet tills önskad struktur uppnås. Snart är detta inte längre möjligt på grund av kontinuerlig miniatyrisering." Det nya tillvägagångssättet är istället inriktat på naturen:molekyler som utvecklar komplexa strukturer genom självmonterande processer.

Gyllene broar mellan elektroder

De element som därmed utvecklas skulle vara betydligt mindre än dagens minsta datorchipkomponenter. Mindre kretsar skulle teoretiskt kunna produceras med mindre ansträngning. Det finns, dock, ett problem:"Genetisk materia leder inte en ström särskilt bra, " påpekar Erbe. Han och hans kollegor har därför placerat guldpläterade nanopartiklar på DNA-trådarna med hjälp av kemiska bindningar. Med hjälp av en "top-down"-metod - elektronstrålelitografi - får de sedan kontakt med de enskilda ledningarna elektroniskt. "Denna anslutning mellan de betydligt större elektroderna och de enskilda DNA-strukturerna har hittills stött på tekniska svårigheter. Genom att kombinera de två metoderna, vi kan lösa det här problemet. Vi kunde således mycket exakt bestämma laddningstransporten genom enskilda ledningar för första gången, ", tillägger Erbe.

Som Dresdenforskarnas tester har visat, en ström förs faktiskt genom de guldpläterade trådarna-det är, dock, beroende på omgivningstemperaturen. "Laddningstransporten minskar samtidigt när temperaturen sjunker, " beskriver Erbe. "Vid normal rumstemperatur, ledningarna fungerar bra, även om elektronerna delvis måste hoppa från en guldpartikel till nästa eftersom de inte har smält ihop helt. Avståndet, dock, är så liten att den för närvarande inte ens dyker upp med de mest avancerade mikroskopen." För att förbättra ledningen, Artur Erbes team strävar efter att införliva ledande polymerer mellan guldpartiklarna. Fysikern tror att metalliseringsprocessen fortfarande kan förbättras.

Han är, dock, allmänt nöjd med resultaten:"Vi kunde visa att de guldpläterade DNA-trådarna leder energi. Vi är faktiskt fortfarande i grundforskningsfasen, det är därför vi använder guld snarare än en mer kostnadseffektiv metall. Vi har, ändå, tog ett viktigt steg, som skulle kunna göra elektroniska enheter baserade på DNA möjliga i framtiden."