Klein, Kleiner, am Kleinsten - Leipziger Forscher entwickeln neues Verfahren zur Nanostrukturierung von Oberflächen

Pressemitteilung / 27.10.2017

Ob in der Medizintechnik, Biotechnologie oder Mikroelektronik, der Trend zu Miniaturisierung erfordert es neue Wege zu gehen, um noch kleinere, noch sensiblere und noch präzisere Formen und Strukturen herzustellen. Forschern des Fraunhofer-Instituts für Zelltherapie und Immunologie ist es gemeinsam mit Kollegen des Leibniz-Instituts für Oberflächenmodifizierung gelungen, diese Grenze weiter nach unten zu verschieben. Mit einem neuen Druckverfahren demonstrierten die Wissenschaftler, dass nun auch Oberflächenmodifizierungen mit einer Auflösung von unter 10 nm umsetzbar sind.

Beim sogenannten Single Molecule Contact Printing werden statt teurer und aufwändiger lithographischer Prozesse erstmals DNA-Moleküle als Stempel genutzt. Um diese herzustellen, nutzen die Wissenschaftler die natürlichen molekularen Bindungseigenschaften der DNA, um spezifische Muster anzuordnen.

Mit dem Druckverfahren können diese molekularen Muster dann auf unterschiedliche Materialien übertragen werden. Demonstriert wurde das Verfahren zunächst auf Goldoberflächen. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass auch funktionelle Beschichtungen bedruckt werden können. Damit wird der Weg geebnet, um weitere Materialien wie Keramiken, Silikate, Metalle und Kunststoffe auf Nanoebene zu strukturieren. Zudem konnten mit dem Verfahren auch Nanopartikel und Biomoleküle wie DNA und Proteine in komplexen Mustern angeordnet werden.

Anwendungen sehen die Wissenschaftler insbesondere in den Lebenswissenschaften, in denen der Bedarf nach präzisen Arrangements einzelner oder weniger Molekülen zur Analyse und Detektion von Biomolekülen stetig wächst. Einsatzmöglichkeiten eröffnen sich dabe in verschiedenen Bereichen von Biomedizin, Medizintechnik, Biotechnologie, aber auch in der Mikroelektronik.

Klein, Kleiner, am Kleinsten - Leipziger Forscher entwickeln neues Verfahren zur Nanostrukturierung von Oberflächen
© Foto Fraunhofer IZI

Abbildung 1: Schematische Darstellung des Single Molecule Contact Printing Verfahrens. (von links nach rechts) Der DNA-Stempel setzt sich aus einzelnen Bausteinen (grün) und den Zielmolekülen (rot) selbst zusammen. Die Zielmoleküle (rot) werden auf eine Oberfläche gedruckt. So können z. B. Nanopartikel (blau und violett) gezielt und präzise angeordnet werden.

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© Foto Fraunhofer IZI

Abbildung 2: Schema und atomkraftmikroskopische Aufnahme eines Single Molecule Contact Printing Stempels.

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© Foto Fraunhofer IZI

Abbildung 3: Streifen-Muster wurden auf eine beschichtete Gold-Oberfläche gedruckt, um Streptavidin-Moleküle anzuordnen. Atomkraftmikroskopische Aufnahme

Weitere Ansprechpartner

Dr. David M. Smith
Arbeitsgruppenleiter DNA-Nanosysteme
Telefon +49 341 35536-9311
david.smith@izi.fraunhofer.de