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FP6

BIO-LITHO — Ergebnis in Kürze

Project ID: 31541
Gefördert unter: FP6-NMP
Land: Deutschland

Meeresschwämme liefern Prinzip zur Herstellung von Silikatstrukturen

Europäische Forscher imitierten die Biosynthese von Silikaten, wie sie in Meeresschwämmen stattfindet, und könnten damit spektakuläre Fortschritte in der aufstrebenden Nanobiotechnologie erzielen.
Meeresschwämme liefern Prinzip zur Herstellung von Silikatstrukturen
Silizium ist ein chemisches Element, das häufig zur Herstellung von Feldeffekttransistoren (FET) verwendet wird, insbesondere für die dünne isolierende Schicht, da seine elektrische und Wärmeleitfähigkeit niedrig ist. Die Herstellung dieses Films erfordert die Polymerisation von Silizium bzw. die Generierung langkettiger Siliziummoleküle, die so gesteuert werden muss, dass sich diese Polymere zu glasähnlichen geordneten Silikatstrukturen (Siliziumdioxid) formen.

Herkömmliche Verfahren zur Herstellung von Silikatstrukturen arbeiten mit hohem Druck und Temperatur. Weil dadurch organische oder biologische Materialien geschädigt werden können, sind sie für diesen neuen Forschungsbereich der Nanobiotechnologie – die Herstellung von Komposita aus Silikaten und Biomolekülen – allerdings weniger geeignet.

Das Projekt BIO-LITHO (Biomineralization for lithography and microelectronics) untersucht Möglichkeiten der künstlichen Synthese von Silikatstrukturen am Vorbild von Meeresschwämmen. Ziel ist die Entwicklung einer billigen Methode für kontrollierte Silikatstrukturen auf Oberflächen, die einem natürlichen Prozess nachgebildet ist. Daraus ergibt sich ein enormes Potenzial für die Herstellung von Nanostrukturen, die in standardmäßigen biotechnologischen Verfahren eingesetzt werden können, aber auch für andere Bereiche, die nach einer kostengünstigen Methode suchen, Siliziumstrukturen wachsen zu lassen.

Für die Skelettbildung aktivieren Silikatschwämme Proteine und Enzyme, insbesondere spezielle enzymatische Proteine (Silikateine), die die Silikatpolymerisation beschleunigen. Die daraus entstehenden Filamente bilden eine Art katalytischen Scaffold, der die Strukturierung der Silikatpolymere beschleunigt und koordiniert.

Die Forscher untersuchten zwei Methoden, um große Mengen von Silikateinen künstlich herzustellen und patentierten ihre Entwicklung. Mittels der so genannten weichen Lithographie wurden die Moleküle auf den Oberflächen kontrolliert aufgebracht. Diese speziellen Nanostrukturen können dann zur Herstellung isolierender Schichten verwendet werden, die in Transistor-Prototypen getestet werden sollen.

Insgesamt demonstrierte BIO-LITHO die Eignung für Biomineralisierungsprozesse, die sowohl kosteneffizient und ökologisch unbedenklich sind und Anwendung im industriellen Maßstab finden können. Damit könnte dem enormen Bedarf der Industrie nach kostengünstigen lithographischen und mikroelektronischen Produktionsverfahren für nanobiotechnologische Anwendungen nachgekommen werden.

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