Programmierbares Molekül

Forscher bauen Motoren aus DNA

Ein Team von Forschern der Bell Laboratories und der Oxford University hat Geräte, ähnlich wie Pinzetten, aus DNA gebaut. Jeder Arm dieses winzigen Instruments ist nur sieben Nanometer (sieben Millionstel Millimeter) lang. Die Pinzetten funktionieren wie ein kleiner Motor, der sich öffnet und schließt wenn er mit weiterer DNA "betankt" wird.

DNA-Sequenz

Die Entwicklung, die diese Woche als Titelgeschichte in Nature gefeatured wird, könnte - laut Pressemitteilung von Bell Laboratories - die Computerindustrie revolutionieren.

Die DNA Motoren ähneln Pinzetten, die so klein sind, dass sie potentiell ein Atom aufheben könnten. 30 Billionen dieser Geräte würden in einem Wassertropfen Platz haben. Die molekulare Maschine besteht aus einer Pinzette, gemacht aus drei DNA Fäden, die wiederum mithilfe von zusätzlicher Treibstoff-DNA angetrieben, geöffnet und geschlossen werden. Die Pinzetten setzen sich aus drei einzelnen Fäden synthetischer DNA zusammen. Zwei Fäden dienen als "Arme", der dritte als "Rückgrat", er hält die V-förmige Struktur zusammen.

"Der gesamte Bestand an 30 Billionen DNA Pinzetten in ein paar Tropfen Lösung kann wiederholt geschlossen und geöffnet werden, indem man regelmäßig Treibstoff zugibt und Fäden entfernt." sagt Andrew Turberfield, Physiker in Oxford. Die Tatsache, dass die DNA Motoren autark sind, ist entscheidend bei der Herstellung von Nano-Geräten.

Diese Entwicklung ist Teil eines Projekts, das noch ganz am Anfang steht, nämlich die DNA als strukturelles und elektronisches Material einzusetzen, das man eines Tages benutzen könnte, um extrem kleine Computer oder Geräte herzustellen: Geräte, die um ein tausendfaches mehr Power hätten als heutige Computer.

Die DNA ist deshalb so sinnvoll für derartige molekulare Konstruktionen, weil ein DNA- Faden sich nur an einen solchen anheftet, der eine korrespondierende Basensequenz hat. DNA Fäden können sich in einer Lösung automatisch "erkennen" und zu einer Struktur formen. "Man stelle sich einfach einen schlauen Kleber vor", so Dr. Yurke, Physiker bei Bell Labs. Er fügt hinzu, dass die DNA-Pinzetten eines Tages benutzt werden könnten, um spezielle Ionen aufzuheben oder kleine Maschinen anzutreiben. Bell Labs aber ist Teil von Lucent Technologies und entsprechend wohl mehr an Computern interessiert. Dann wären die Pinzetten selbst weniger wichtig als vielmehr die Idee des "Selbst-Versammelns". Wenn man den sich verkettenden DNA-Fäden elektronische Komponenten beifügen könnte, so die Idee, wäre es möglich, Computer zu konstruieren, die nicht nur wesentlich schneller arbeiteten, sondern auch um ein Vielfaches mehr Speicherkapazität hätten als heutige Geräte. Bis es soweit ist, werden jedoch laut Experten noch mindestens zehn Jahre vergehen. Ein Problem könnte sein, dass die DNA nur in einer flüssigen Lösung effizient genug "arbeitet" und zudem kein guter Leiter von Elektrizität ist.

Die Zahl der elektronischen Komponenten, die auf einen Siliziumchip passt, hat sich in letzter Zeit etwa alle 18 Monate verdoppelt. Da die bislang angewendeten Verfahren jedoch bald an ihre natürlichen Grenzen stoßen - so viel kleiner können die elektronischen Komponenten nicht mehr werden - setzen Experten auf eine grundlegende Veränderung der existierenden Technologie.

Die Methode der Natur die auf der DNA riesige Mengen an Information auf kleinstem Platz speichert, ist der technischen Praxis um einiges voraus. Der Zwischenraum zwischen jedem Buchstaben des genetischen Codes beträgt 0,34 Nanometer. Die elektronische Technologie ist von dieser Komprimiertheit noch um ein hundertfaches entfernt.

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http://www.heise.de/tp/artikel/8/8522/1.html