Supraleiter: DNA baut Kohlenstoffnanoröhren um

Organische Supraleiter könnten bei Raumtemperatur funktionieren, sind aber schwer herstellbar. DNA als Hilfsmittel könnte den Weg ebnen.

3. August 2022 um 15:02 Uhr / Johannes Hiltscher

Organisiert nicht nur das Leben, sondern auch die Struktur von Kohlenstoffnanoröhren: DNA Bild: Pixabay

Aus gut leitenden Kohlenstoffnanoröhren können Supraleiter werden: Wird das Kohlenstoffgitter gezielt verändert, können organische Supraleiter entstehen. Und es besteht Hoffnung, dass sie diese Eigenschaft sogar bei Raumtemperatur aufweisen. Damit die Röhrchen supraleitend werden, muss die geschaffene Gitterstruktur aber sehr einheitlich sein - ein Problem, das Wissenschaftler der University of Virginia gelöst haben wollen .

In der Fachzeitschrift Science beschreiben sie, wie sie eine regelmäßige Struktur aus den DNA-Sequenzen Guanin und Cytosin um Kohlenstoffnanoröhren vermessen konnten. Wie im Anhang (PDF) nachzulesen, war bekannt, dass DNA sich an die Nanoröhren anlagert. Die räumliche Anordnung der Moleküle war allerdings unbekannt, sie ist aber für eine praktische Nutzung extrem bedeutsam.

Vermessen konnten die Wissenschaftler die entstandene Struktur mittels Kryoelektronenmikroskopie (Kryo-EM) . Die Forschungsgruppe von Edward Egelman , in der die Arbeit entstand, ist hierauf spezialisiert. Bei der Kryo-EM wird die zu untersuchende Probe schockgefroren, was sie fixiert und ihre Struktur erhält. Proben können so mit einer Auflösung von wenigen Ångström untersucht werden, was die Abbildung einzelner Atome ermöglicht.

Guanin öffnet Kohlenstoffringe

Die Analyse der hergestellten Proben mittels Kryo-EM zeigte, dass Guanin und Cytosin die Nanoröhren sehr gleichmäßig umgaben. Guanin band dabei stets an Kohlenstoffatome mit einer bestimmten räumlichen Anordnung. Cytosin hingegen baute eine Art Stützstruktur um die Röhre.

Bild 1/1: Die letzte Abbildung im Anhang zeigt, was nach Analyse der Forscher passiert: Das Guanin bindet in regelmäßigen Abständen an die Kohlenstoffnanoröhre und öffnet dort zwei Ringe. (Bild: Zhiwei Lin)

Was genau die DNA-Moleküle machen, versteckt sich in der letzten Abbildung des oben verlinkten Anhangs: Das Guanin bindet an zwei Kohlenstoffatome, wodurch das Gitter der Nanoröhre geöffnet wird. Die Änderung der Struktur ändert auch das elektrische Verhalten der Röhre - ob sie supraleitend ist, haben die Forscher allerdings noch nicht überprüft. Gruppenleiter Egelman sieht die Arbeit als Grundlagenbeitrag: "Unsere Arbeit zeigt, dass geordnete Veränderungen an Kohlenstoffnanoröhren mit DNA möglich sind."