Die Entwicklung von Biogeräten für den Nanobereich
Das interdisziplinäre Forschungsteam des SAMBA-Projekts schloss sich zusammen, um gemeinsam einen biomolekularen Transistor herzustellen und zu präsentieren, der aus selbst zusammengesetzten Metalloproteinen besteht. Bei Metalloproteinen handelt es sich um Proteinmoleküle, die eine metallische chemische Verbindung enthalten und chemische Redox-Reaktionen (Reduktion-Oxidation) aufweisen, d. h. Änderungen des Oxidationszustandes durch Hinzufügen oder Entfernen von Elektronen bewirken können. Die Arbeit innerhalb des Projekts umfasste die ultrahochauflösende Elektronenstrahl-Lithographie und speziell entwickelte Metalloprotein-Layer mit kontrollierter Dichte innerhalb der Grenzen eines einzigen Moleküls. Im Einzelnen heißt dies, es kamen Typ-1-Kupferproteine wie Azurin, Plastocyanin und ihre entsprechend gebildeten Mutationen zum Einsatz. Diese Metalloproteine können sich auf festen oder weichen Substraten selbst zusammensetzen und einen Kanal bilden. Der Drain-Source-Strom durch diesen Kanal lässt sich durch Änderung der Gate-Spannung kontrollieren. Dies ist innerhalb eines Bereichs rund um einen bestimmten Wert veränderlich, der im Verhältnis zum Gleichgewichtspotenzial des Redox-Zustands steht. Dieses hybride Metalloprotein-/Metall-System mit einem Gate-Potenzial in den Kanal eines Feldeffekt/Einzelelektronen-Transistors bildet das Grundkonzept hinter der Projektarbeit. Auf der Grundlage dieser Funktion zur Rektifikation und Verstärkung der elektrischen Signale durch Metalloproteine wurden unterschiedliche Arten biomolekularer elektronischer Geräte entwickelt. Die Geräte sind mit kleinen metallischen Nanoelektroden aus Silizium-/Siliziumdioxid-Substraten ausgestattet, an denen Proteine chemisorbiert wurden. Umfassende Tests dieser Geräte lieferten bessere Einblicke in die selbsttätige Zusammensetzung des molekularen Layers, den Prozess der Chemisorption sowie die Aspekte der Proteinstabilität. Zusätzlich dazu wurden neue Protokolle zur Herstellung und Prüfung der Nanogeräte erstellt. Die Projektergebnisse liefern die Grundlage zur Untersuchung neuer Forschungsgebiete, wie beispielsweise die Entwicklung eines dreipoligen Einzelmolekül-Geräts oder die Optimierung des Modells des Protein-Layer-Transistors. Überdies eröffnen die an der Grenze zwischen den Bereichen der Nanotechnologie und der Biologie/Biochemie gewonnenen Kenntnisse neue Möglichkeiten auf dem Gebiet der Nano-Biotechnologie. Die Beispiele umfassen Lab-on-Chip-Geräte für die Genomik und Postgenomik sowie den Entwurf neuartiger molekularer Strukturen mittels biologischer Selbstzusammensetzung und molekularer Berechnung.
