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Goldige Nanohanteln
Selektive Bindung von Goldnanopartikeln an die Enden stäbchenförmiger Viren

10 Apr 2007 - Der Trend zur Nanotechnologie scheint unaufhaltsam. Dafür werden definierte Bausteine und Muster im Nanomaßstab benötigt. "Eine typische Schwierigkeit bei der Synthese von Nanostrukturen ist das Modifizieren von nanoskaligen Objekten an spezifischen Positionen," sagt Alexander Bittner, dem mit einem Team vom Max-Planck-Institut für Festkörperforschung in Stuttgart und mit Christina Weges Team von der Universität Stuttgart nun ein wichtiger Durchbruch gelungen ist. Den Wissenschaftlern glückte die selektive Modifizierung der Enden nanoskaliger Stäbchen: Goldnanopartikel binden ausschließlich an die Enden röhrenförmiger Viren. Durch eine stromlose Vergoldung lassen sich die Gold-Enden so vergrößern, dass hantelförmige Gebilde entstehen.
 
Biologische Moleküle wie DNA, aber auch wesentlich größere "Fast-Organismen" wie Viren sind wegen ihres hochsymmetrischen Aufbaus und ihrer engen Größenverteilung ideale "Gussformen." für die genaue Positionierung von Nanoobjekten und die Synthese strukturierter Nanomaterialien. Die Stuttgarter Wissenschaftler wählten für ihre Versuche das Tabakmosaikvirus, ein für Mensch, Tier und die meisten Pflanzen ungefährliches Pflanzenvirus, das die Form eines etwa 300 nm langen Röhrchens aufweist. Die Forscher mischen eine Suspension dieser Viren mit einer Flüssigkeit, die feinst verteilte Goldpartikelchen, ein so genanntes Goldsol, enthält. Die Goldpartikel tragen dabei Citrat-Moleküle (Zitronensäure) auf ihrer Oberfläche. Unter dem Elektronenmikroskop zeigt sich Interessantes: Einzelne Goldpartikel binden an die Viren - aber ausschließlich an deren Enden. Der Grund für diesen ungewöhnlichen Befund liegt in der RNA der Viren. Wege: "Die RNA ist im Tabakmosaikvirus üblicherweise tief in die Proteinhülle eingebettet, nicht aber an den Enden der Virusröhren." In der Tat konnte gezeigt werden, dass Goldpartikel des Goldsols auch an freie RNA binden. Bittner und seine Kollegen postulieren, dass die aromatischen Basen der RNA das Citrat von der Goldoberfläche verdrängen.
 
Die Forscher tauchen die Virus-Gold-Gebilde dann auf einem Träger in ein Goldbad (einer Methode zur stromlosen Vergoldung). Dabei scheidet sich weiteres Gold nur auf den bereits vorhandenen Goldnanopartikeln an den Stäbchen-Enden ab, sodass hantelförmige Gebilde entstehen. Bittner und Wege können sich eine ganze Reihe verschiedener Anwendungen für die Nanohanteln vorstellen, beispielsweise als Knotenpunkte für die elektrische Verdrahtung im Nanomaßstab.
 
Originalveröffentlichung: Alexander M. Bittner et al.; "Selbstorganisation von Metall-Virus-Nanohanteln"; Angewandte Chemie 2007, 119, No. 17, 3210-3212.