Mikroskop als „Nano-Füller“

Wenn Professor Manfred Radmacher und Leif Riemenschneider schreiben, brauchen die beiden Physiker der Universität Bremen dafür ein ganzes Labor, denn sie schreiben mit Hilfe eines Rasterkraftmikroskops. Nur 100 Nanometer breit sind die Linien, die sie ziehen können. Aber das könnte für die Herstellung von DNA-Chips, Biosensoren, Nanosensoren oder auch die Halbleiterindustrie einen gewaltigen Fortschritt bedeuten.

"Wir verwenden zum Schreiben die Spitze eines Kraftmikroskops. Das funktioniert fast so wie bei einem Plattenspieler, nur viel kleiner", erklärt Radmacher. Man solle sich die Nadel vorstellen, die über die Schallplatte gleitet. Eine solche Nadel gibt es auch in einem Kraftmikroskop.

An ihrer breitesten Stelle misst sie gerade mal vier Mikrometer, ungefähr ein Zehntel eines Haardurchmessers, und an ihrer Spitze ist sie nur wenige Atome breit. Diese Nadel kann Oberflächen mechanisch abtasten und Bilder davon liefern. Man kann diese Nadel aber auch zum Schreiben gebrauchen. Dazu verwenden die Wissenschaftler Enzyme. Das sind Eiweiße, die chemische Reaktionen im Körper beschleunigen. Da Enzyme jeweils nur eine bestimmte chemische Reaktion katalysieren, findet man in der Natur eine Vielzahl von Ihnen.

Die Wissenschaftler bringen nun einzelne Enzymmoleküle auf die Nadelspitze auf und fahren dann damit über die Unterlage. Diese Enzyme produzieren mit Hilfe einer chemischen Reaktion die "Tinte", die sich dann auf der Oberfläche niederschlägt. So lassen sich auf der Fläche kleinste Strukturen "schreiben". Die Kunst sei es, nur wenige Enzymmoleküle an die Nadelspitze zu bringen, sagt Radmacher.

Auch hier hatten die Forscher eine Idee. Die Enzymmoleküle werden vorher einzeln mit der Kraftmikroskopspitze aufgesammelt. Hierbei helfen Methoden, die normalerweise in der Molekularbiologie eingesetzt werden. "Enzymgestützte Nanolithographie" haben die Bremer Wissenschaftler ihr Verfahren genannt, das mittlerweile zum Patent angemeldet ist.

Enzymgestützte Nanolithographie

Und wofür das Ganze? Immer mehr Informationen müssen auf immer kleinerem Raum untergebracht werden. Ein Beispiel dafür sind die Computerchips. In der Medizin- oder in der Kommunikationstechnik, nahezu in allen Haushaltsgeräten finden sich diese Hightech-Bauteile.

Die Strukturen werden immer winziger. In der Halbleiter-Industrie arbeitet man bereits in Größenordnungen von rund 100 Nanometern. "Doch die herkömmlichen Verfahren stoßen bald an ihre Grenzen", sagt Radmacher. Die Enzymgestützte Nanolithografie biete nun ein großes Potential, noch kleiner zu werden. "Wir eröffnen außerdem ein neues Feld, weil wir chemische Veränderungen im kleinsten Bereich ermöglichen können. So sind völlig neue Formen der Strukturierung von Oberflächen möglich, die mit den bisherigen Methoden der Mikrostrukturierung gar nicht denkbar wären."

"In ihrer Bandbreite stellt die Erfindung eine Basistechnologie dar und damit eventuell künftig auch einen grundlegenden Standard in diesem Arbeitsfeld", sagt Elke Zimmermann von der innoWi GmbH. Das Gemeinschaftsunternehmen der Bremer Hochschulen und der Bremer Investitions-Gesellschaft mbH sucht nach Partnern in Industrie und Wissenschaft. Die Biochemikerin sieht gute Chancen für die Vermarktung: Interessant sei die Entwicklung für die Chip-Industrie, für die Hersteller von Bio- Sensoren oder DNA-Chips.

"Diese Erfindung zeigt, dass man mit kommerziell erhältlichen Laborgeräten und -techniken Strukturgrößen im Nanometer-Bereich erzeugen und abbilden kann – vorausgesetzt, man beherrscht die Methoden, die in diesem Patent beschrieben werden. Das ist hochinteressant für Unternehmen etwa in dem sich gerade entwickelnden Gebiet der Nano-Biotechnologie." Das Projekt sei ein schönes Beispiel für die wirtschaftliche Relevanz der Grundlagenforschung. Bei der Vermarktung der Idee spricht sie jedoch nicht nur die Industrie an. Für die gemeinsame Weiterentwicklung des Verfahrens will sie auch wissenschaftliche Einrichtungen gewinnen.

(idw – Universität Bremen, Angelika Rockel, 31.03.2006 – DLO)