Mithilfe eines neuen Ansatzes haben Forscher erstmals Nanodrähte so produziert, dass sie direkt in mikroelektronische Schaltkreise integriert werden können. Wie sie in der Zeitschrift „Nature“ berichten, lassen sich die Nanodrähte zudem als hochsensible Detektoren für Biomoleküle einsetzen und könnten so die bisherige Bio-Diagnostik revolutionieren.
Nanodrähte könnten zukünftig wichtige Bausteine für elektronische Schaltkreise darstellen, sind aber bisher nur sehr aufwändig herzustellen. Jetzt hat ein interdisziplinäres Team von Wissenschaftlern am Yale Institute for Nanoscience and Quantum Engineering einen neuen Ansatz verfolgt, der eine in der Silizium-Technologie eigentlich bereits etablierte Technik nutzt: die Lithographie. Dabei werden die gewünschten Strukturen mittels einer Maske, einem photosensiblen Überzug und einer Belichtung auf einen Silizium-Wafer aufgetragen. Durch eine Modifikation dieses Verfahrens produzierten die Forscher nun Nanodrähte direkt auf dem Silizium-Wafer.
„Herausgemeißelt“ statt neu aufgebaut
„Man kann sich den Prozess der Nanodraht-Produktion vorstellen wie die Herstellung einer Skulptur“, erklärt Mark Reed, Hauptautor der Studie und Materialforscher an der Yale Universität. „Sie kann entweder aus dem Stein herausgehauen werden oder aber aus Ton aufgebaut – wir haben es aus dem Stein herausgeholt. Vorherige Ansätze nutzen dabei das Äquivalent zu einer Spitzhacke, wir haben den molekularen Meißel angesetzt. Damit konnten wir exakt das herstellen, was wir wollten und das mit der traditionellsten Technologie die es gibt.“
Die neuen Nanodrähte waren strukturell stabil und zeigten in Tests bereits eine bisher nie erreichte Sensibilität als Sensoren für Antikörper und andere biologisch wichtige Moleküle. Nach Angaben von Reed reagierten die Nanodrähte nicht nur auf die extrem geringe Konzentration von nur tausend Einzelmolekülen in einem Kubikmillimeter, sie erreichen dies auch ohne einen Zusatz von fluoreszierenden oder radioaktiven Markern, wie sonst üblich. Die Basis der Sensorfunktion der Drähte ist ihre Fähigkeit, Wasserstoff-Ionen oder Säure-Ionen zu entdecken – und dies innerhalb des im Körper üblichen Konzentrations-Bereichs.
Schneller als herkömmliche Diagnostika
“Wir haben uns elektronisch in das System von Zellen eingeklinkt”, so Reed. „Diese Entwicklung hat bedeutende Auswirkungen sowohl für Anwendungen in der Nanotechnologie als auch für die Verbesserung und Beschleunigung von diagnostischen Methoden.“ Während klassische Nachweistests für Antikörper oder T-Zellen normalerweise Stunden benötigen, reagieren die Nanodrähte viel schneller: Schon nach zehn Sekunden registrierten sie die Anwesenheit von aktivierten T-Zellen, wichtigen Agenten des Immunsystems.
Obwohl diese Studie primär die Leistung der Nanodraht-Sensoren testen sollte, liegt die Stärke dieses Ansatzes nach Ansicht der Wissenschaftler vor allem in der nahtlosen Integration der Nanobauteile mit der klassischen Halbleiter-Technologie. „Der Ansatz hat das Potenzial, zu einem kompletten integrierten System ausgeweitet zu werden, mit einer breiten Anwendung als Sensoren in molekularen und zellulären Arrays“, so Reed.
(Yale University, 01.02.2007 – NPO)
