Nasa-Wissenschaftler haben eine neuartige Methode zur Anordnung von nur wenigen Millionstel Millimeter großen Metall- und Halbleiterteilchen entwickelt. Die Teilchen werden dazu an Proteinen befestigt, die sich spontan zu einem hexagonalen Muster zusammenfinden. Mit dieser Methode lassen sich aus den Metallteilchen etwa eindimensionale Ketten herstellen, die unter anderem als winzige optische Wellenleiter eingesetzt werden könnten. Das berichten die Wissenschaftler in der Dezemberausgabe des Fachblatts Nature Materials.
Die Nasa-Forscher um Jonathan Trent vom Ames Forschungszentrums in Silicon Valley veränderten in ihrem Experiment ein Protein eines Schwefelbakteriums derart, dass es an den Oberflächen von nur wenigen Nanometer (Millionstel Millimetern) großen Metall- und Halbleiterteilchen haften kann. Dazu verwendeten die Wissenschaftler aus der Biologie bekannte Methoden der Gentechnik.
Das modifizierte Gen des Schwefelbakteriums wurde in ein E. coli Bakterium injiziert, das daraufhin das Fremdprotein des Schwefelbakteriums produzierte. Da Schwefelbakterien zumeist an extrem heißen Orten der Erdkruste hausen, bleiben ihre Proteine im Gegensatz zu den Bestandteilen des E. coli Wirts bei hohen Temperaturen stabil ? die Forscher konnten das Fremdprotein so durch bloßes Erhitzen isolieren.
Mittels eines chemischen Tricks kristallisierten die Forscher nun die Proteine zu einer dünnen, faktisch zweidimensionalen Kristallschicht aus. Die einzelnen Proteine ordneten sich dabei in hexagonalen Strukturen mit Durchmessern von zwanzig Nanometern an. Die Kristallschicht wurde anschließend auf einem herkömmlichen Siliziumwafer befestigt.
Die Wissenschaftler mussten nun nur noch Metall- oder Halbleiternanoteilchen auf die Kristallschicht bringen ? diese ordneten sich dann von selbst an den Bindungsstellen der Proteine an. Auf diese Weise gelang es den Wissenschaftlern, die Teilchen in zweidimensionalen geordneten Strukturen und eindimensionalen Ketten anzuordnen.
Regelmäßige Anordnungen von Nanoteilchen könnten sich unter anderem zur Herstellung von winzig kleinen Lichtwellenleitern eignen, die Abmessungen unterhalb der Beugungsgrenze des Lichts besitzen. Daher arbeiten mehrere Forschergruppen in aller Welt an der Untersuchung der optischen und elektrischen Eigenschaften von Metall- und Halbleiterteilchen.
Stefan Maier
