Mit sortierten Molekülen zu Nanoschaltkreisen

IBM-Forscher stellen eine neue Methode zum schnellen Sortieren von Molekülen vor, die Anwendungen finden kann bei medizinischen Labortests oder bei zukünftigen Nanoschaltkreisen. Die Forscher verwenden ein Rasterkraftmikroskop, bei dem ein winziger mechanischer Arm mit einer Nadelspitze an seinem Ende eingesetzt wird. Wenn ein elektrisches Feld an der Spitze angelegt wird, bewegen sich die Moleküle entlang der Oberfläche mit charakteristischen Geschwindigkeiten. Durch Modifizieren der Oberfläche der Nadelspitze und Veränderung der Stärke und Dauer des elektrischen Feldes können Moleküle voneinander in wenigen Millisekunden separiert werden – mehr als tausendmal so schnell wie bei heutigen Methoden.

Bei ihren Experimenten setzten die IBM-Forscher DNA-Fragmente ein, eines mit fünf Basenpaaren, ein anderes mit sechzehn. Ein elektrisches Feld bewegte diese Moleküle entlang der nur 11,2 Mikrometer langen Spitze des Mikroskops in 5 bzw. 15 Millisekunden.

Die IBM-Wissenschaftler glauben, dass ihre neue Methode in der Zukunft in mindestens zwei sehr unterschiedlichen Anwendungsrichtungen eingesetzt werden könnte. Da es sich um eine stark miniaturisierte Version der Elektrophorese handelt, einer Standardprozedur für die Nutzung elektrischer Felder, um Biomoleküle voneinander zu trennen, könnte die neue Methode molekulare Analysemethoden beschleunigen – vom genetischen Fingerabdruck bis hin zu Routine-Blutuntersuchungen.

Die Methode hat auch das Potenzial, Moleküle auf einer Oberfläche mit hoher Präzision aufzubringen. Dies könnte nützlich sein bei der Erzeugung künftiger molekularer elektronischer Schaltkreise. Um die Eigenschaften der Technik zu demonstrieren, setzten die Wissenschaftler eine einzelne Mikroskopspitze ein, um ein IBM-8-Streifen-Logo in 59 bis 79 Nanometer Größe (59 bis 79 Milliardstel Meter) zu "schreiben". Das Logo ist dabei zusammengesetzt aus 5-Basenpaar-Fragmenten einer DNA. (jr)