Neuartiger Datenspeicher aus Lachs-DNA und Nano-Silber

9. Februar 2012, 22:07
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Bauteil speichert Informationen kostengünstig und umweltverträglich

Ein internationales Forscherteam hat einen neuartigen Datenspeicher entwickelt, der auf einem Biopolymer-Film aus Lachs-DNA mit Silber-Nanopartikeln bastiert. Der DNA-Speicher eignet sich unter anderem für biotechnische Anwendungen, etwa als Bauteil in Biosensoren, ist kostengünstig in der Herstellung und zudem umweltverträglich.

Das System besteht aus einer dünnen Schicht der DNA eines Lachses, die mit Silbersalzen versetzt und zwischen zwei Elektroden eingebettet ist. Wird es mit UV-Licht stimuliert, bilden sich Silber-Nanopartikel, durch die Strom fließen kann. So entsteht ein Biopolymer-Film, auf den sich Daten schreiben lassen. Der Speicher lässt sich einmal beschreiben und mehrmals auslesen (WORM - Write-Once-Read-Many-Times). In der Zeitschrift "Applied Physics Letters" stellt das Team aus Wissenschaftern vom deutschen Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und von der National Tsing Hua University in Taiwan ihre Entwicklung vor.

Preiswert und recycelbar

"Dieser DNA-basierte Speicher ist kostengünstiger als herkömmliche Speicher, die aus anorganischen Materialien wie Silizium bestehen", erklärt Ljiljana Fruk, die am DFG-Centers for Functional Nanostructures (CFN) eine interdisziplinäre Forschungsgruppe für DNA-Nanotechnologie, Biofunktionalisierung und Design von lichtgesteuerten Nanobauteilen leitet. "Außerdem ist er recycelbar, und die Rohstoffe sind in der Natur reichlich vorhanden."

Bei niedriger Spannung fließt nur geringer Strom durch den DNA-Silber-Biopolymer-Film. Diesen Zustand interpretieren die Forscher als logische Null. Ab einer bestimmten Grenzspannung aber bilden sich freie Ladungsträger, die einen höheren Stromfluss verursachen, was von den Wissenschaftern als logische Eins interpretiert wird. Diese Leitfähigkeit lässt sich, wenn sie einmal erreicht ist, auch durch eine Änderung der Spannung nicht mehr rückgängig machen - einmal eingeschaltet, bleibt das System aktiv, egal welche Spannung anliegt. Auch nach 30 Tagen lässt sich die Leitfähigkeit noch nachweisen. Die Information bleibt also erhalten.

Technologie in den Kinderschuhen

Die Herstellung des neuartigen DNA-Datenspeichers verbindet aktuelle Erkenntnisse aus der DNA-Nanotechnologie mit Erfahrungen aus der Fertigung herkömmlicher Polymer-Bauteile. Die Forscher erwarten Anwendungen ihres Systems als optische Speicher oder auch in sogenannten plasmonischen Bauteilen. Plasmonen sind nanometergroße elektronische Anregungen in Metallen. "Die Forschung zu DNA als Biopolymer steht allerdings noch ziemlich am Anfang", erklärt Ljiljana Fruk. "In naher Zukunft werden sich daher noch weitere Anwendungsmöglichkeiten eröffnen." (red)

  • Transmissionselektronenmikroskopische Aufnahme der Silber-Nanopartikel auf Lachs-DNA nach der Bestrahlung mit UV-Licht.
    foto: philipp mueller, cfn

    Transmissionselektronenmikroskopische Aufnahme der Silber-Nanopartikel auf Lachs-DNA nach der Bestrahlung mit UV-Licht.

  • Schematischer Aufbau des Datenspeichers: Eine dünne Schicht Lachs-DNA ist mit Silber-Nanopartikeln versetzt und zwischen zwei Elektroden eingebettet.
    grafik: yu chueh hung, tshing hua university, taiwan

    Schematischer Aufbau des Datenspeichers: Eine dünne Schicht Lachs-DNA ist mit Silber-Nanopartikeln versetzt und zwischen zwei Elektroden eingebettet.

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