Hydrogele sind gallertartige Substanzen mit einer faszinierenden Eigenschaft: Sie können das Vielfache ihres eigenen Gewichts an Wasser aufnehmen. Die Verträglichkeit weicher Kontaktlinsen rührt beispielsweise von der Tatsache her, dass sie fast ausschließlich aus Flüssigkeit bestehen. Lange Ketten eines wasseranziehenden Polymers werden dazu bei der Herstellung untereinander verwoben, bis sie ein Gerüst für die aufgenommenen Wassermoleküle bieten.

Nun haben Forscher um Jong Bum Lee und Songming Peng von der Cornell University in Ithaca die Polymerketten durch DNA-Fäden ersetzt und dabei ein außergewöhnliches Verhalten entdeckt: Ihr DNA-Hydrogel wirkt in Reinform wie eine Flüssigkeit, nimmt aber immer wieder eine feste Form an, sobald man es in Wasser gießt.

Lee und Peng brachten ein Enzym dazu, einen ringförmigen DNA-Einzelstrang zu vervielfältigen, so dass sie eine sehr lange Aneinanderreihung von Kopien des Ausgangsstrangs erhielten. In einem zweiten Schritt fertigten weitere Enzyme dessen Gegenstück sowie ein zusätzliches Gegenstück auch dieses Zwischenprodukts an. Die resultierenden Fäden konnten sich dadurch an zahllosen Stellen aneinander anlagern. Elektronenmikroskopische Aufnahmen zeigten, dass das Hydrogel im Wesentlichen aus wenige Mikrometer großen Wicklungen bestand. Diese "Vogelnester" waren untereinander durch DNA-Fäden verbunden.

Den Prozess ließen die Wissenschaftler in Förmchen aus den Buchstaben D, N und A ablaufen, die dem Endprodukt ihre Form aufprägten – sichtbar wurde diese allerdings nur, wenn das Hydrogel in Wasser gegeben wurde. Entzogen sie ihm das Wasser, sackte das Gerüst unter seinem eigenen Gewicht und der Oberflächenspannung zu einem formlosen, flüssigkeitsähnlichen Gebilde zusammen.

Weil dieser Vorgang beliebig oft wiederholbar ist, könnte das von den Forschern als Metamaterial bezeichnete Hydrogel sogar eine technische Anwendung haben. In ihrer Studie demonstrierten Lee und Peng, wie es sich als elektrischer Schalter einsetzen lässt, der in Gegenwart von Wasser einen Stromkreis schließt. Es könnte allerdings auch als Medikamentenreservoir dienen, das – anders als andere Hydrogele – gleich zwei verschiedene Wirkstoffe über einen längeren Zeitraum kontinuierlich abgibt. Ein Medikament würde dazu physikalisch in das Hydrogel eingebunden, das andere in die DNA-Struktur eingelagert.