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ForschungsForum Paderborn
Quelle: Keller
Abb. 5: a) DNA-Origami-Nanoröhre, b) Topographische Aufnahme (oben) und Phasenkontrast (unten) einer vorstrukturierten Siliziumoberfläche mit adsorbierten
DNA-Origami-Nanoröhren. Erst der chemische Phasenkontrast ermöglicht die Identifikation der DNA-Origami-Nanoröhren in den Wellentälern, c)
Einzelne DNA-Origami-Nanoröhre in einem gekrümmt verlaufenden Wellental.
Bildung nanoskaliger Wellenmuster während der
niederenergetischen Ionenbestrahlung genutzt
[7]. Diese Muster zeichnen sich durch eine quasi
sinusförmige Topographie und ein niedriges
Aspektverhältnis aus. Weiterhin kann die Wellenlänge
im Bereich von einigen zehn bis mehreren
hundert Nanometern über die Variation der Ionenenergie
eingestellt werden. Auf solchen Wellenmustern
wurden DNA-Origami-Nanoröhren bestehend
aus sechs parallelen DNA-Doppelhelices von
412 nm Länge (Abbildung 5 a) adsorbiert. Abbildung
5 b zeigt rasterkraftmikroskopische Aufnahmen
der DNA-Origami-Nanoröhren auf einem
Wellenmuster mit 30 nm Wellenlänge. Aufgrund
der geringen Höhe der Nanoröhren sind diese in
rein topographischen Bildern nur schwer zu erkennen
und werden erst im Phasenkontrast gut sichtbar.
In diesem Abbildungsmodus wird der Phasenversatz
zwischen dem elektrischen Anregungssignal,
welches die Rasterkraftmikroskopspitze in
Schwingungen versetzt, und dem optisch detektierten
Signal als Funktion der Spitzenposition auf
der Oberfläche aufgetragen. Der Wert des Phasenversatzes
ist abhängig von einer Reihe von Mate -
rialeigenschaften wie etwa Elastizität, Reibung
und Adhäsion und ermöglicht damit die Identifikation
unterschiedlicher Materialien. Wie der
Aufnahme zu entnehmen ist, befinden sich die
Nanoröhren bevorzugt in den Wellentälern und
ordnen sich dem Muster folgend an. Die Ausbeute
an ausgerichteten Nanoröhren hängt jedoch
empfindlich von der Wellenlänge der Muster und
der Ionenstärke der Adsorptionslösung ab. Diese
Beobachtungen zusammen mit Simulationen der
elektrischen Feldverteilung entlang der geladenen
Oberfläche deuten darauf hin, dass für die
Ausrichtung der Nanoröhren rein die elektrostatischen
Wechselwirkungen zwischen der geladenen
Oberfläche und den geladenen DNA-Nanoröhren
verantwortlich sind. Durch eine optimale Kombination
von Musterwellenlänge und Ionenstärke
lassen sich so Ausbeuten an ausgerichteten Nanoröhren
von über 70 Prozent erreichen [6].
Die Beobachtung, dass die Ausrichtung der Nanodrähte
rein topographiebedingt ist, macht diese
Methode besonders vielseitig, da keinerlei chemische
Modifikationen der Oberfläche oder der DNA-
Origamis notwendig sind und sie auch auf andere
Materialen übertragbar ist. Weiterhin ist sie auch
nicht auf selbstorganisierte Wellenmuster
beschränkt, sondern kann auf eine Vielzahl
von Nanostrukturierungstechniken angewendet
werden. Durch den Einsatz lithographischer Techniken
sollten sich so auch komplexere und hierarchische
Anordnungen realisieren lassen. Insbesondere
ist so auch die Erzeugung von Anordnungen
gekrümmter Nanoröhren mit definiertem
Krümmungsradius oder vordefinierten Knicken
möglich. Dies ist exemplarisch in Abbildung 5 c
verdeutlicht, welche eine einzelne DNA-Origami-
Nanoröhre in einem Wellental zeigt, das aufgrund
von Musterdefekten mehrere Krümmungen
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