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Metallische Nanopartikel haben völlig andere
elektronische Eigenschaften als größere Partikel; sie sind daher sehr
interessant für die Nanoelektronik. Um Nanopartikel nutzen zu können,
müssen sie auf einen geeigneten Träger aufgebracht werden.
"Biologische Strukturen haben sich als vielverprechende Träger
erwiesen," erklärt Ravi Saraf, "vor allem wenn es gelingt, ihre
Antworten auf einen Reiz zu integrieren."
Saraf und sein Mitstreiter Vikas Berry stellten
einen mit hauchfeinen Elektroden aus Gold überzogenen Chip her und
gaben eine Suspension von Bacillus cereus auf. Auf einer derartigen
Oberfläche lagern sich die länglichen Bakterien grundsätzlich so an,
dass sie Brücken zwischen den Elektrodenpaaren bilden. Nun kommen die
Nanopartikel ins Spiel: Die Forscher tunkten ihren Chip in eine Lösung
von Goldnanopartikeln, die mit Polylysin, einem synthetischen Protein,
beschichtet waren. Von der Bakterienoberfläche werden die winzigen
Goldkügelchen stark angezogen. Diese trägt lange bürstenförmige, sehr
bewegliche Kettenmoleküle, die negativ geladen sind. Wie Tentakeln
umfassen sie die - durch das Polylysin positiv geladenen -
Goldpartikel und halten sie fest. Am Ende des Prozesses sind die
Bakterien von einer dünnen Schicht aus Goldnanopartikeln umhüllt - und
immer noch am Leben.
Die Forscher legten eine Spannung von 10 V an die
Elektrodenpaare auf dem Chip und maßen den Strom über die bakteriellen
Brücken - fertig war der bioelektronische Feuchtesensor: Wird der
Feuchtigkeitsgehalt der Umgebung von 0 auf 20 % erhöht, geht der
registrierte Strom um den Faktor 40 zurück. Warum reagiert dieser Chip
derart empfindlich auf Feuchteänderungen? Bei Feuchtigkeit schwillt
die Bakterienmembran an. Dadurch vergrößern sich die Abstände zwischen
den einzelnen angelagerten Goldnanopartikeln um etwa 0,2 nm. Das ist
nicht viel, aber es reicht, um den Elektronentransport zwischen den
Partikeln zu erschweren. Denn anders als bei einer "normalen"
makroskopischen Goldschicht, in der die Elektronen wie in einer
Leitung ungehindert "fließen" können, müssen sie hier von einem
Partikel zum nächsten "hüpfen".
"Unser Feuchtesensor beweist das enorme Potenzial,
das in hybriden Strukturen aus Mikroorganismen und Nanopartikeln
schlummert," sagt Saraf. |
