Superlinsen aus DNA-Molekülen

Aufbau der Nanostrukturen: DNA-Stränge mit Goldpartikeln

München – DNA-Moleküle tragen nicht nur den Bauplan für Lebewesen in sich. Sie eignen sich wegen ihres filigranen Aufbaus auch für vielseitige optisch aktive Module. Dies demonstrierte nun eine Gruppe Münchener Wissenschaftler, die gezielt winzige Goldpartikel an die Helix-förmigen Stränge von künstlichen Erbgutmolekülen anhefteten. Wie sie in der Zeitschrift „Nature“ berichten, liegt in diesem DNA-Origami die Grundlage für günstige, optische Bauelemente, um empfindlichere Sensoren und Linsen mit bisher unerreichten Eigenschaften zu entwickeln.

„Die Präzision und Ausbeute der Strukturen ist außergewöhnlich hoch“, sagt Friedrich Simmel von der Technischen Universität München. Zusammen mit Kollegen der Ludwig-Maximilians-Universität mischte sein Team zahlreiche DNA-Sequenzen in einer Flüssigkeit. Diese ordneten sich völlig selbstständig zu spiralförmigen Strukturen. Damit diese künstlichen Moleküle auch Lichtwellen beeinflussen können, dockten zusätzlich etwa zehn Millionstel Millimeter (Nanometer) kleine Goldpartikel an das DNA-Molekül an. Die jeweilige Position dieser Goldteilchen, die wesentlich die resultierenden optischen Eigenschaften bestimmt, konnten die Forscher mit einer Genauigkeit von weniger als zwei Nanometern bestimmen.

Dichroismus von DNA-Linsen

In weiteren Versuchen analysierten die Wissenschaftler die optischen Eigenschaften einer Metafluid genannten Flüssigkeit, in der sich die DNA-Gold-Moleküle gleichmäßig verteilt hatten. Grüne Lichtwellen wurden - ganz gleich von welche Richtung sie einstrahlten – abhängig von ihrer Polarisationsebene gefiltert. Dieser sogenannte zirkulare Dichroismus ist jedoch nur ein erster Beleg für die erfolgreiche Lichtkontrolle durch dreidimensionale DNA-Strukturen.

Aufgrund theoretischer Modelle könnten mit der gleichen Methode auch Flüssigkeiten hergestellt werden, die einen negativen Brechungsindex aufweisen. „Solches Material könnte dann wiederum für „perfekte Linsen“ – also nicht auflösungslimitierte Linsen – und Tarnkappenanwendungen genutzt werden“, sagt LMU-Wssenschaftler Tim Liedl. Er ist sich bewusst, dass dazu noch jahrelange Forschung nötig ist. Doch je mehr Kontrolle die Arbeitsgruppe über den genauen Aufbau der Moleküle und die Andockstellen verschiedener Nanopartikel gewinnt, desto näher wird dieses Ziel rücken. „Mit diesem Handwerkszeug wird das wissenschaftliche Feld der „Plasmonics“ mit größter Wahrscheinlichkeit neue, interessante Anwendungen entwickeln, an die wir derzeit noch gar nicht denken“, ist Liedl überzeugt.