News: Biologische Nanofabrik
Mitunter sind es komplizierte technische Verfahren, mit denen Wissenschaftler Nanometer kleine Drähte und Röhrchen herstellen. Dabei geht es durchaus auch einfacher: Indem beispielsweise Pilze überredet werden, die mühevolle Arbeit zu übernehmen.
© (Ausschnitt)
Biologische Systeme mit ihrer erstaunlichen Vielfalt an komplizierten, dabei aber bis in den Nanomaßstab hochgeordneten Strukturen haben schon immer eine große Faszination auf Materialwissenschaftler ausgeübt und zur Nachahmung angeregt. Mittlerweile ist aber nicht mehr nur Abkupfern angesagt, die Forschung versucht inzwischen auch, Mikroorganismen wie Bakterien, Viren und Pilze direkt in die gezielte Synthese von neuartigen Materialien mit einzubeziehen. So haben nun Forscher von der Northwestern University im amerikanischen Evanston lebende Pilze als Helfer bei der Synthese hochgeordneter Strukturen aus Nanopartikeln mitarbeiten lassen.
Das Prinzip, auf dem die Methode der Wissenschaftler um Chad Mirkin beruht, ist dabei so simpel wie frappierend einfach: In einem Nährmedium werden nanoskopische Goldpartikel verteilt, an welche die Forscher zuvor kurze DNA-Stränge koppelten. Dann wird das Medium mit Pilzsporen angeimpft. Wenn der Pilz zu wachsen beginnt, bildet er ein fadenartiges Geflecht, auch Hyphen oder Mycel genannt. Die Goldpartikelchen lagern sich dabei selektiv an die Oberfläche des Mycels an und bilden einen sehr dichten Überzug.
Durch langsames Trocknen und Einbetten in Epoxidharz lassen sich die schlauchartigen Gebilde konservieren und untersuchen. Wird das Mycel hingegen rasch getrocknet und zu Filmen gepresst, erhält man ein faseriges, goldglänzendes Material. Da das Mycel mit einem konstanten, für die jeweilige Pilzart charakteristischen Durchmesser wächst, entstehen sehr gleichmäßige Schläuche.
Der Clou: Über die DNA-Stränge der Goldpartikel lässt sich eine weitere Schicht von Gold-Kügelchen, etwa einer anderen Größe, ankoppeln, wenn diese die passenden – komplementären – DNA-Gegenstücke tragen. Nach diesem Prinzip lassen sich dann auch kompliziertere Sekundärstrukturen aufbauen.
Aber die Pilze können noch mehr. Sie überleben das "Vergolden" und ihr Mycel wächst unbeeinträchtigt weiter – solange sie die richtigen Nährstoffen erhalten. Wechselt man nun das Medium und fügt wiederum Goldpartikel einer anderen Größe zu, lagern sich diese an die neu entstehenden Bereiche an: Man erhält Schläuche, die abschnittsweise unterschiedliche Beschichtungen tragen.
"So lassen sich Mikroorganismen als lebende Matrizen zur Herstellung makroskopischer Architekturen mit streng kontrollierten mikro- und nanoskopischen Dimensionen herstellen," erklärt Mirkin. "Auch wenn das gewonnene Material golden glänzt und so wie ein Metall glänzt, scheint es sich doch eher wie eine neue Form von Halbleiter zu verhalten. Wir hoffen, so Materialien mit neuartigen maßgeschneiderten optoelektronischen, magnetischen oder auch katalytischen Eigenschaften erzeugen zu können."
Das Prinzip, auf dem die Methode der Wissenschaftler um Chad Mirkin beruht, ist dabei so simpel wie frappierend einfach: In einem Nährmedium werden nanoskopische Goldpartikel verteilt, an welche die Forscher zuvor kurze DNA-Stränge koppelten. Dann wird das Medium mit Pilzsporen angeimpft. Wenn der Pilz zu wachsen beginnt, bildet er ein fadenartiges Geflecht, auch Hyphen oder Mycel genannt. Die Goldpartikelchen lagern sich dabei selektiv an die Oberfläche des Mycels an und bilden einen sehr dichten Überzug.
Durch langsames Trocknen und Einbetten in Epoxidharz lassen sich die schlauchartigen Gebilde konservieren und untersuchen. Wird das Mycel hingegen rasch getrocknet und zu Filmen gepresst, erhält man ein faseriges, goldglänzendes Material. Da das Mycel mit einem konstanten, für die jeweilige Pilzart charakteristischen Durchmesser wächst, entstehen sehr gleichmäßige Schläuche.
Der Clou: Über die DNA-Stränge der Goldpartikel lässt sich eine weitere Schicht von Gold-Kügelchen, etwa einer anderen Größe, ankoppeln, wenn diese die passenden – komplementären – DNA-Gegenstücke tragen. Nach diesem Prinzip lassen sich dann auch kompliziertere Sekundärstrukturen aufbauen.
Aber die Pilze können noch mehr. Sie überleben das "Vergolden" und ihr Mycel wächst unbeeinträchtigt weiter – solange sie die richtigen Nährstoffen erhalten. Wechselt man nun das Medium und fügt wiederum Goldpartikel einer anderen Größe zu, lagern sich diese an die neu entstehenden Bereiche an: Man erhält Schläuche, die abschnittsweise unterschiedliche Beschichtungen tragen.
"So lassen sich Mikroorganismen als lebende Matrizen zur Herstellung makroskopischer Architekturen mit streng kontrollierten mikro- und nanoskopischen Dimensionen herstellen," erklärt Mirkin. "Auch wenn das gewonnene Material golden glänzt und so wie ein Metall glänzt, scheint es sich doch eher wie eine neue Form von Halbleiter zu verhalten. Wir hoffen, so Materialien mit neuartigen maßgeschneiderten optoelektronischen, magnetischen oder auch katalytischen Eigenschaften erzeugen zu können."
© Angewandte Chemie
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