Plastikkugeln mit einem Durchmesser von weniger als einem Mikrometer (Millionstel Meter) können mittels kurzen DNA-Stücken in komplexen, geordneten Strukturen angeordnet werden. Dies wird durch die komplementäre Paarbindung zwischen einzelnen DNA-Strängen ermöglicht, die an den Plastikkügelchen angeheftet sind. Wissenschafter des Forschungslabors der US-Navy haben mittels dieser Technik erfolgreich Kristallstrukturen erzeugt, die unter anderem als photonische Kristalle in der Optik Anwendung finden könnten.
Die von Carissa Soto angeführte Gruppe von Wissenschaftlern suchte in ihrer Arbeit nach Möglichkeiten, komplexe Kristalle aus zwei Arten von Plastikkugeln mit unterschiedlichen Durchmessern im Bereich der Wellenlänge des sichtbaren Lichts zu bilden. Dazu brachten die Forscher einsträngige DNA-Stränge an den Kugeln an, die jeweils komplementär zueinander waren. Die Teilchen ordneten sich daher durch die aus der Biologie bekannte Doppelpaarbindung in geordneten Kristallstrukturen an.
Auch die Art der Kristallstrukturen konnte durch eine Änderung des Größenverhältnisses der beiden Kugelarten gesteuert werden – ein Verhältnis von 0,23 ergab so etwa eine tetraederförmige Anordnung, ein Verhältnis von 0,42 hingegen eine Anordnung in Oktaedern.
Die Forscher glauben, auf diese Weise photonische Kristalle erzeugen zu können und arbeiten derzeit an deren optischen Charakterisierung. Photonische Kristalle erlauben eine Kontrolle über die Ausbreitungsrichtung des Lichts auf kleinem Raum und können zudem bestimmte Wellenlängenbereiche des Lichts quasi aussperren ? man spricht von einer photonischen Bandlücke.
Aus Kugeln im Mikrometerbereich bestehende photonische Kristalle werden derzeit zumeist mit Methoden aus der Chemie direkt aus wässriger Lösung erzeugt. Leider lassen sich damit nur relativ einfache Kristallstrukturen bilden, deren optische Eigenschaften oft nicht optimal sind. DNA-Klebstoff hingegen ermöglicht komplizierte Strukturen und daher die Herstellung photonischer Kristalle mit für bestimmte Anwendungen optimierten Eigenschaften.
Stefan Maier
