Nano-Schaltkreise: IBM sortiert Moleküle neu

IBM-Forscher haben eine neue Nanoscale-Methode demonstriert, die sehr kleine Molekülmengen mit hoher Geschwindigkeit voneinander trennen kann und diese außerdem mit bisher nicht erreichter Präzision und Steuerungsmöglichkeit auf Oberflächen platziert. Die neue Technik hat, einmal ausentwickelt, das Potential, unterschiedlichste Anwendungen wie medizinische Labortests oder die künftige Herstellung von nanoelektronischen Schaltkreisen zu verbessern.

Die Methode basiert auf dem Rastertunnelmikroskop (Atomic Force Microscope/AFM), ein Instrument, das vor zwanzig Jahren von einem Nobelpreisträger von IBM erfunden wurde und Untersuchungen sowie Bearbeitungen im Nanobereich ermöglicht, indem ein winziger mechanischer Arm mit einer Nadelspitze an seinem Ende eingesetzt wird. Wenn ein elektrisches Feld an der Spitze angelegt wird, bewegen sich die Moleküle entlang der Oberfläche mit charakteristischen Geschwindigkeiten. Durch Modifizieren der Oberfläche der Nadelspitze und Veränderung der Stärke und Dauer des elektrischen Feldes können unterschiedliche Moleküle voneinander in wenigen Millisekunden separiert werden – mehr als tausendmal so schnell wie bei heutigen Methoden.

„Bei unseren ersten Tests setzten wir DNA-Fragmente ein – eins mit fünf Basenpaaren, ein anderes mit sechzehn“, sagt H. Kumar Wickramasinghe, IBM Fellow und Mit-Entwickler verschiedener Typen des Mikroskops. „Ein elektrisches Feld bewegte diese Moleküle entlang der nur 11,2 Mikrometer langen Spitze des Mikroskops in nur 5 bzw. 15 Millisekunden. Wir konnten die Bewegung in einer Menge von bis zu nur 10 Molekülen herab steuern. Dies zeigt, dass dieser Ansatz nützlich sein könnte für die Analyse kleinster Probemengen, beispielsweise biologischen Materials. “

Die neue Methode wird in einem technischen Report beschrieben, der am 1. Mai 2006 in der Online-Ausgabe der Applied Physics Letters erschienen ist. „Ultrafast molecule sorting and delivery by atomic force microscopy“ von Kerem Unal, Jane Frommer and Wickramasinghe, Forscher am IBM Almaden Research Center in San Jose, Kalifornien.