Peptid-Nanostrukturen zur Herstellung von Mikrochips
Peptidfasern, Nanoröhren und andere nanoskalige Komponenten gelten als viel versprechende Materialien für eine Reihe von Anwendungen. Sie sind einfach und billig in der Herstellung, und ihre Eigenschaften lassen sich durch einfache chemische oder genetische Modifizierungen verändern. Weiterhin besitzen einige der biologischen Nano-Assemblierungen eine für nanotechnologische Bauteile günstige thermische und chemische Stabilität. Wichtigstes Ziel des EU-finanzierten Projekts BENATURAL (Bioengineered nanomaterials for research and applications) war es, sich die Fähigkeit natürlicher Nanomoleküle zur Selbstorganisation für die Herstellung nanotechnologischer Bauteile zunutze zu machen. Voraussetzung hierfür ist allerdings, ihre Funktionsweise zu kennen, d.h. sowohl 3D-Struktur als auch physikalische und chemische Eigenschaften der assemblierten Strukturen. Im ersten Schritt entwarfen die Projektpartner Konstrukte aus natürlichen Faserproteinen und untersuchten deren kristalline 3D-Struktur. Mittels Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) und Rasterelektronenmikroskopie (scanning electron microscopy, SEM), auf welcher Basis verschiedenste aromatische und faserartige Bausteine sich selbst zu Nanostrukturen organisieren können. Weiterhin wurde die morphologische, mechanische, chemische und thermische Stabilität dieser neuen Nanostrukturen mit Rasterkraftmikroskopen (atomic force microscopy, AFM) untersucht. Auf Basis der gewonnenen Daten entwickelte das Konsortium Bausteine mit jeweils anwendungsspezifischen Eigenschaften. Das wichtigste Ergebnis von BENATURAL war die Manipulation von selbstorganisierenden Peptid-Nanostrukturen durch Dielektrophorese (DEP) zur Herstellung eines Feldeffekttransistor-Mikrochips (FET). Diese Neuerung war eine der Voraussetzungen für einen FET auf Basis biologischer Fasern, für den in den Vereinigten Staaten bereits ein Patentantrag vorliegt. Weiterhin optimierten die Forscher die Leitfähigkeit von Peptid-Nanoröhren durch eine Silberfüllung, was die herkömmliche Leitfähigkeit um das 10-fache erhöhte. Insgesamt demonstrierte BENATURAL, wie natürliche Nanomoleküle zu Nanobauteilen assembliert werden können, was der Nanotechnologie wichtige neue Impulse liefert und europaweit die Wettbewerbsfähigkeit und Nachhaltigkeit bei der Herstellung einer neuen Generation von Anwendungen und Bauteilen fördert.
