Der Ribosezucker besteht aus einem F¨unfer-Ring aus vier C- und einem O-Atom. Die Bindung zum Phosphat erfolgt am 3. und 5. C-Atom. Die Bin-dung an das Stickstoff-Atom der jeweiligen Base erfolgt am 1. C-Atom [9].
Adenin Thymin Guanin Cytosin Abb. 2.3: Die vier Basen der DNS: Die Anbindung an den Ribosezucker erfolgt am linken
unteren Stickstoff-Atom (N-1 bei Thymin und Cytosin, N-9 bei Adenin und Gua-nin) [9].
an die Basen des gegen¨uberliegenden Helix-Stranges angebunden. Dabei erfolgen die Bindun-gen nicht willk¨urlich, sondern nur paarweise jeweils zwischen den Basen A-T sowie G-C.
Andere Paarungen der Basen w¨urden zu einer Verzerrung der r¨aumlichen Struktur der DNS f¨uhren. Die Bindung C-T w¨are zu kurz, die Bindung G-A wiederum zu lang. Die von der Bin-dungsl¨ange passenden Bindungen A-C und G-T w¨urden keine effizent bindenden Wasserstoff-Br¨ucken aufbauen (siehe auch Abb.2.4). Der Abstand der Basenpaare untereinander betr¨agt etwa 3,4 ˚A, eine
”Windung“ der Doppelhelix wird aus 10 ¨ubereinanderliegenden Basenpaaren formiert. Der Durchmesser des DNS-Stranges liegt bei etwa 20 ˚A. Die DNS, die in dieser Ar-beit verwendet wurde, ist die sogenannte λ-DNS. Diese λ-DNS besteht aus einer zuf¨alligen Abfolge von Basenpaaren, wie sie auch in der Natur vorkommt, im Gegensatz zu beispielswei-se synthetisch hergestellter Poly-G–Poly-C–DNS, die nur aus Guanin-Cytosin-Babeispielswei-senpaaren besteht. Die verwendete Bakteriophagen-λ-DNS (Fermentas) ist zun¨achst ringf¨ormig und hat nach dem Aufbrechen des Ringes eine relaxierte Konturl¨ange (Nettol¨ange vom 3’- zum 5’-Ende) von knapp 16µm, was einer Anzahl von 48 503 Basenpaaren (BP) entspricht.
Abb. 2.4: Schematische Struktur des DNS-R¨uckgrates:
Das Bild stellt die
”auseinandergerollte“ Doppel-helix dar, die antiparallel ausgerichteten Str¨ange (3’–5’) sowie die Basenpaare und ihre Verkn¨ up-fung ¨uber Wasserstoff-Br¨ucken [8].
2.2 M¨oglicher Nutzen leitf¨ahiger DNS
2.2 M¨ oglicher Nutzen leitf¨ ahiger DNS
Traditionelle Modelle zur Beschreibung des Reparaturmechanismus einzelner DNS-Fragmente nach beispielsweise Strahlensch¨aden oder der Replikation des gesamten Erbgutes bei der Zell-teilung, wie man sie z. B. aus der Schulbiologie kennt, liefern folgende Erkl¨arungen f¨ur den Teilungsvorgang: Die in den Chromosomen
”verkn¨aulte“ und
”aufgewickelte“ DNS wird lokal
”entknotet“. Bestimmte Enzyme brechen die Doppelhelix auf, andere wiederum duplizieren den zweiten Strang der DNS, indem sie einzelne DNS-Basen an ihre entsprechende Part-nerbase (A zu T beziehungsweise G zu C) anlagern. So entsteht wie an einer Weiche einer Eisenbahnschiene ein neuer Doppelstrang (Abb.2.5).
Abb. 2.5: Teilung der DNS:
Die beiden Str¨ange der parentalen (urpr¨ ungli-chen) DNS werden durch Enzyme geteilt. Je-der Teilstrang spezifiziert jeweils einen neuen Tochterstrang aufgrund der Paarungsregeln. Aus einzelnen DNS-Basen, die frei in der Zelle bezie-hungsweise im Zellkern vorkommen, setzen En-zyme die Tochterstr¨ange an den Original-DNS-Strang. Die sich sofort ausbildenden Wasserstoff-Br¨ucken halten das neue Molek¨ul zusammen [9].
Selbst unter der Annahme, dass an vielen Stellen zugleich die DNS dupliziert wird, kann dieses Modell an der DNS ungerichtet entlang wandernder
”Replikationsenzyme“ die Ge-schwindigkeit, mit der die DNS-Verdopplung bei der Zellteilung gem¨aß neuerer Messungen voranschreitet, nicht erkl¨aren. Sollte sich die Hoffnung auf eine elektrische Leitf¨ahigkeit der DNS unter bestimmte Voraussetzungen erf¨ullen, ließe sich eventuell damit ein neues, besseres Modell der Zellteilung entwickeln. Elektronen, die sich l¨angs der DNS bewegen, k¨onnten so mit einer viel h¨oheren Geschwindigkeit Duplikationsprozesse induzieren.
DNS muss nicht nur bei der Zellteilung repliziert werden, sondern Sch¨aden am genetischen Code werden durch ¨ahnliche Prozesse wie oben beschrieben repariert. Die am h¨aufigsten vor-kommenden Gen-Sch¨aden sind kleinere Strahlungssch¨aden aufgrund der radioaktiven H¨ ohen-strahlung oder Sch¨aden, die durch giftige Radikale (z. B. Nikotin, etc.) hervorgerufen werden.
Bei der Ausheilung solcher Defekte muss nicht die gesamte DNS repliziert werden, sondern nur fehlerhafte Teilst¨ucke. Diese Reparatur von Strahlensch¨aden ist in der Molekularbiologie noch sehr unverstanden, aber von großer Bedeutung. Ließen sich die Reparaturvorg¨ange aufgrund von dort fließenden Str¨omen leichter lokalisieren, w¨are in der Erforschung dieses Gebietes ein großer Fortschritt getan.
DNS ist ein hochkomplexes, aber dennoch selbstorganisierendes Molek¨ul. Durch Kontrolle dieses selbtsorganisierenden Wachstums k¨onnte man
”DNS-Nanodr¨ahte“ herstellen, die lang genug sind, um Schaltungen in integrierten Schaltkreisen zu konstruieren, aber dennoch nur eine Dicke von wenigen Nanometern besitzen. Mit dieser
”molekularen Elektronik“ w¨are ei-ne auf diese Art und Weise endg¨ultige Miniaturisierung von Schaltkreisen, wie sie z. B. auf
Computerchips eingesetzt werden, erreicht. Dabei gilt es aber zu beachten, dass die theore-tische Betrachtung molekularer Schaltkreise folgendes Problem aufwirft: Elektrische Leitung durch nanoskalierte Strukturen wird durch Quantenph¨anomene dominiert und somit verliert die klassische, theoretische Beschreibung der heutigen Mikroelektronik ihre G¨ultigkeit. Wege zum Verst¨andnis und Modelle zur Beschreibung von Schaltkreisen auf molekularer Basis zu finden, ist daher eine Herausforderung, der sich theoretische Physiker zur Zeit stellen und die in Zukunft weiter ausgearbeitet werden m¨ussen.
2.3 Theoretische ¨ Uberlegungen zur Leitf¨ ahigkeit von DNS
Wie bereits in Kapitel 2.1 beschrieben, ragen die DNS-Basen in die Mitte der Doppelhelix hinein. Sie haben eine relativ planare Struktur, so dass man bildlich von
”Treppenstufen“
sprechen kann. Jede Base enth¨alt 10 π-Elektronen, somit hat eine
”Treppenstufe“ ein Sys-tem von 20 π-Elektronen, das senkrecht zu ihrer planaren Struktur parallel zur Helixachse steht. Diese Struktur im Inneren der Achse erinnert an Graphit; Eley und Spivey neh-men daher an, dass DNS ein Verhalten wie ein eindineh-mensionaler aromatischer Kristall zeigen k¨onnte [10]. F¨ur solch ein System sagt die Theorie halbleitende Eigenschaften voraus, bei 20 perfekt konjugiertenπ-Elektronen erg¨abe sich eine Energiel¨ucke von 1,5±0,5 eV, bei nur 10 zur Stromleitung beitragendenπ-Elektronen w¨are die Bandl¨ucke doppelt so groß. Der Un-terschied zu einer aromatischen Kristallstruktur liegt darin, dass beim Kristall derπ- ¨Uberlapp zwischen den pz-Elektronen innerhalb der Ebene betrachtet wird, w¨ahrend bei DNS die Leit-f¨ahigkeit durch einenσ- ¨Uberlapp der pz-Elektronen zwischen den
”Treppenebenen“ l¨angs der Helixachse erfolgen muss.
Weitere theoretische ¨Uberlegungen zur Leitf¨ahigkeit von DNS zeigen, dass immer die π-Elektronen der Basenpaare involviert sind, daher wird sich im Folgenden auch nur auf diese π-Elektronen-Systeme bezogen.
Neuere Messungen von Elektronentransfer-Raten vonWangmit Hilfe von Femtosekunden-Spektroskopie zeigen einen stark nicht-exponentiellen Zerfall eines angeregten Zustandes einer DNS-Base mit sehr langen Zeitkonstanten [6]. Nach Anregung eines Elektrons in ein h¨ oher-energetisches Orbital sind f¨ur die Relaxation folgende Bedingungen notwendig:
1. Auswahlregeln m¨ussen erf¨ullt sein.
2. Ein gen¨ugend großer r¨aumlicher ¨Uberlapp des angeregten Orbitals mit dem Grundzu-standsorbital muss vorhanden sein.
Unter der Annahme, dass Bedingung 1 erf¨ullt ist, lassen sich die langen nicht-exponentiellen Zerfallsraten dadurch erkl¨aren, dass die Basenpaare nicht immer zueinander parallele Ebenen bilden, sondern gegeneinander verkippt sind. Dies ist m¨oglich, da die C–N-Bindungen der Basen an den Ribosezucker Einfachbindungen sind, die sich l¨angs ihrer Achse beliebig drehen k¨onnen.
Bruinsma leitet daraus stark anharmonische strukturelle Fluktuationen der Basenpaare mit niedriger Frequenz im GHz-Bereich ab [11]. Diese Fluktuationen beschreiben die
Ver-¨anderung in der Verkippung der Basenpaare relativ zu ihrer Ruhelage, deren R¨uckstellkraft nicht linear zu ihrer Auslenkung ist. Nur in der richtigen Position kann der angeregte Zustand relaxieren. Das Verkippen der Basenpaare zueinander erfolgt mit sehr geringem Energieauf-wand. Dies zeigen Experimente von Bensimon und Cluzel [3, 4, 5]. Sie haben die Kraft
2.4 Bisherige Experimente anderer Forschergruppen
Abb. 2.6: Dehnungsverhalten der DNS:
In der N¨ahe ihrer relaxierten Kon-turl¨ange l¨asst sich die DNS feder-artig dehnen. Bei einer Zugkraft von etwa 80 pN findet man ein Kraftplateau, auf dem die DNS um einen Faktor von 1,1 bis 1,6 ge-dehnt ist. In diesem Bereich fin-den nachBruinsmadie anharmo-nischen Fluktuationen der Basen-paare statt [12].
(in pN) ¨uber der relativen Dehnung (relativ zur relaxierten Konturl¨ange) von DNS-Str¨angen bestimmt (Abb. 2.6). Man findet ein interessantes Verhalten: Im Bereich um die relaxier-te Konturl¨ange (im hier vorliegenden Fall: ≈ 16µm) l¨asst sich die DNS durch ein lineares Kraftgesetz mit einer Federkonstanten beschreiben. Das Dehnen und Relaxieren ist nahezu beliebig wiederholbar. Ab einer relativen ¨Uberstreckung von 1,1 gibt es ein Kraftplateau bei etwa 80 pN, auf dem sich die DNS fast ohne zus¨atzlichen Kraftaufwand bis zu einer ¨ Uber-dehnung von 1,6 strecken l¨asst. Auch in diesem Bereich ist die DNS beliebig oft dehn- und relaxierbar. Mehr als um den Faktor 1,6 l¨asst sich unser Erbgut nicht strecken, bei h¨oherer Krafteinwirkung reisst der DNS-Strang ab.
Dieses zun¨achst unerwartete Verhalten wird folgendermaßen interpretiert: Die Dehnung auf dem Kraftplateau um die Zugkraft von 80 pN beruht auf dem Verkippen der Basenpaare in der Doppelhelix. Die Tiefe einer
”Treppenstufe“ aus zwei DNS-Basen ist gr¨oßer als ihre H¨ohe.
Dreht sich nun ein Basenpaar um bis zu 90◦, sind gerade diese beiden Dimensionen vertauscht und die DNS verl¨angert sich.
Allerdings ist aus diesem Experiment nicht ersichtlich, ob die Verkippung kontinuierlich zwischen 0◦ und 90◦ erfolgen kann oder ob es ein Zweizustands-Prozess ist, bei dem sich jedes einzelne Basenpaar entweder gar nicht oder vollst¨andig dreht. Somit w¨are ein Streckfaktor von 1,3 auf zwei Arten denkbar: Alle Basenpaare sind im statistischen Mittel um 45◦verkippt oder im statistischen Mittel sind die H¨alfte aller DNS-Basen in ihrer Ursprungslage und die andere H¨alfte um den vollen Winkel gedreht.
Andere theoretische Forschergruppen postulieren eher ein isolierendes Verhalten unseres Erbguts [13] oder nur einen Tunnelstrom [14], wobei dort die Elektronen nur von C zu G-C-Basenpaaren h¨upfen, der Strom also vom Konzentrationsverh¨altnis A-T zu G-C abh¨angt.
Diese widerspr¨uchlichen theoretischen ¨Uberlegungen spiegeln sich in den unterschiedlichen experimentellen Ergebnissen wieder, wie sie im n¨achsten Abschnitt dargelegt, daher kann bis jetzt noch keine Theorie zur Leitf¨ahigkeit endg¨ultig best¨atigt oder widerlegt werden.
2.4 Bisherige Experimente anderer Forschergruppen
In diesem Abschnitt wird auf bereits durchgef¨uhrte Experimente in anderen Forschungsgrup-pen eingegangen, die einerseits die Idee und die Grundlagen f¨ur den in dieser Arbeit realisierten experimentellen Aufbau liefern, aber andererseits nicht identisch mit diesem Vorhaben sind.
Dabei soll nicht bis in jedes einzelne Detail dieser Experimente vorgedrungen werden, sondern die prinzipielle Idee dahinter verdeutlicht werden. Die beiden Aspekte der Dehnbarkeit der DNS und ihrer Leitf¨ahigkeit werden in den folgenden zwei Abschnitten getrennt behandelt.
2.4.1 Streckexperimente
In w¨assrigem Medium liegt DNS grunds¨atzlich in einer kompakten, verkn¨aulten Struktur vor.
In der Literatur werden mit Dehnung und Streckung daher zwei zun¨achst unabh¨angige Vor-g¨ange bezeichnet: Zun¨achst einmal muss die DNS auf ihre relaxierte Konturl¨ange
”entkn¨ault“
oder”entwirrt“ werden. Dabei ¨andert sich jedoch nichts an der inneren Struktur der Doppel-helix. Dennoch braucht dieser Prozess Energie, denn die Wasserstoff-Br¨ucken, die die DNS in ihrer verkn¨aulten Struktur halten, m¨ussen aufgebrochen werden. Wie bereits erw¨ahnt, zeigt die DNS in diesem Bereich ein federartiges Kraft-Antwort-Verhalten. Da beim Zusammen-kn¨aulen die aufgebrochenen Wasserstoff-Br¨ucken wieder aufgebaut werden, ist dieser Vorgang reversibel.
Ist die DNS bereits auf ihre relaxierte Konturl¨ange gestreckt, beginnt bei weiterer Kraftein-wirkung der Bereich der sogenannten ¨Uberdehnung oder ¨Uberstreckung. Wie schon in Abb.2.6 gezeigt, l¨asst sich die DNS bis auf das 1,6-fache ihrer Ursprungsl¨ange dehnen. Vergleicht man dies beispielsweise mit einem Gummiband, ist das ein erstaunliches Resultat. Erstaunlich vor allem deshalb, weil einerseits auch dieser Prozess reversibel ist, obwohl hierbei im Inneren der DNS strukturelle Ver¨anderungen auftreten, als auch andererseits keine große zus¨atzliche Zugkraft erforderlich ist, um die ¨Uberstreckung herbeizuf¨uhren.
Das im Prinzip einfachste Experiment, um dieses Verhalten zu testen, ist die Spitze eines atomaren Kraftmikroskops (Atomic Force Microscope, AFM) dicht ¨uber eine L¨osung mit DNS zu f¨uhren und hinein zu tunken, bis ein DNS-Strang gen¨ugend fest an der Spitze haf-tet. Beim Herausziehen der Spitze bleibt der verkn¨aulte Teil der DNS aufgrund hydrophiler Wechselwirkung mit dem L¨osungsmittel m¨oglichst lange in der L¨osung, die DNS wird so auf ihre Konturl¨ange gedehnt. Heftet man nun das zweite Ende der DNS fest an ein Substrat an, wird man anschließend den ¨uberstreckten Bereich der Kraft-Dehnungs-Kurve aufnehmen k¨onnen. Experimente dieser Art wurden unter anderem in der Gruppe von Professor Gaub am CeNS der Technischen Universit¨at M¨unchen durchgef¨uhrt.
Die hydrophilen Wechselwirkungen der DNS mit ihrer w¨assrigen L¨osung geben die M¨ oglich-keit, die DNS noch auf eine weitere Art zu strecken: Wiederum wird ein Ende der DNS an ein Substrat angeheftet. Die Anheftung an sich wird in Kapitel 3.5 noch genauer erl¨autert. Die DNS-L¨osung bildet auf einem Substrat einen Fl¨ussigkeitstropfen mit einem Meniskus. L¨asst man nun den Meniskus kontrolliert in eine Richtung wegfließen oder verdampfen, wird sich der frei bewegliche Teil der DNS m¨oglichst lange im Tropfen halten. Der DNS-Teil außerhalb des Meniskus ist dann getreckt (Abb. 2.7). Bei diesem Experiment l¨asst sich die Streckkraft, wenn auch sehr schwierig, prinzipiell ¨uber die Eigenschaften des Substrates, die Oberfl¨ a-cheneigenschaften und Viskosit¨at des L¨osungsmittels sowie die Verdampfungsgeschwindigkeit
Abb. 2.7: Streckung der DNS im Meniskus:
Ein Ende der DNS ist am Substrat angeheftet. Sie wird beim gerich-teten Verdampfen des Fl¨ ussigkeits-meniskus gestreckt [15].
2.4 Bisherige Experimente anderer Forschergruppen
kontrollieren. Dabei muss zun¨achst ein Eichexperiment zur Ermittlung des Streckfaktors aus den Substrat- und L¨osungsmitteleigenschaften durchgef¨uhrt werden, wobei die Kontrolle der erhaltenen Dehnung unter dem Mikroskop erfolgt. Experimente dieser Art wurden in ver-schiedenen Gruppen durchgef¨uhrt [16,17].
Wird DNS in L¨osung gebracht, dissoziieren die am ¨außeren Ger¨ust sitzenden Endgruppen als Ionen in das L¨osungsmittel. Die Ladung entspricht etwa zwei Elementarladungen pro Basenpaar. Bei mehreren zehntausend Basenpaaren pro DNS-Molek¨ul ist so ein Strang sehr hoch geladen. Dies er¨offnet die M¨oglichkeit, DNS im elektrischen Feld zu strecken. In der Literatur findet man Werte f¨ur das hierf¨ur ben¨otigte elektrische Feld in der Gr¨oßenordnung von 2 bis 6 V/cm. Bei der Verwendung einer Gleichspannung muss ein Ende der DNS ebenfalls wieder angeheftet werden. Das andere Ende richtet sich dann l¨angs des elektrischen Feldes aus.
Aber auch mit Wechselspannung mit einer Frequenz von einigen bis einigen hundert Kilo-hertz kann DNS gestreckt werden. Bei diesen Frequenzen reagiert der DNS-Strang an sich zu tr¨age. Die viel kleineren Ionen in der w¨assrigen L¨osung sind dagegen viel mobiler. Sie bewegen sich sehr schnell im Wechselfeld hin- und her und richten so durch St¨oße die langen Str¨ange der DNS mit der Zeit l¨angs des elektrischen Feldes aus. Den Grad der Dehnung bestimmen in beiden F¨allen die St¨arke des elektrischen Feldes, das Substrat, auf dem die L¨osung aufgebracht ist und die Zeit, in der das Feld auf die DNS-Molek¨ule einwirken kann.
2.4.2 Experimente zur Leitf¨ahigkeit DNS als elektrischer Leiter
Zwei Experimente und ihre Ergebnisse sollen kurz vorgestellt werden:
Von Tran et al. wurde wie in dem hier vorliegenden Experiment Bakteriophagen-λ-DNS untersucht. Die DNS wurde sowohl mit als auch ohne Pufferl¨osung Frequenzen im Mikrowel-lenbereich ausgesetzt. Die Ergebnisse dieser Experimente zeigen eine gute elektrische Leit-f¨ahigkeit bei Raumtemperatur, aber eine starke Abnahme bei tiefen Temperaturen. Ohne Hydrath¨ulle wurde allerdings eine geringere Leitf¨ahigkeit nachgewiesen [18].
Mit identischerλ-DNS wurde ihre Leitf¨ahigkeit vonDouglasgemessen. In seinem Experi-ment wurden DNS-Str¨ange zwischen Gold-Elektroden gespannt, ¨ahnlich wie es auch in diesem Versuchsaufbau vorgesehen ist. Wie beim Streckexperiment mit dem Fl¨ussigkeitsmeniskus wurde die DNS auf die Elektroden als Substrat aufgebracht, ohne jedoch eine Aussage ¨uber den Streckfaktor zu machen. Das Ergebnis dieses Experiments zeigt fast perfekt Ohm’sches Verhalten der untersuchten Proben, weshalb auf eine gute Leitf¨ahigkeit der DNS geschlossen wird [19].
DNS als Halbleiter
Ein eher halbleitendes Verhalten des DNS-Molk¨uls liefern zwei weitere Experimente:
Das Experiment von Porath et al., das eine große Bandl¨ucke eines Halbleiterverhaltens zum Ergebnis hat, benutzt ganz andere, aber daf¨ur sehr einheitliche DNS-Strukturen. Es wurden nur Poly-G–Poly-C–Str¨ange benutzt, die mit 30 Basenpaaren nur eine geringe L¨ange von 10,4 nm aufweisen. Bei dieser Struktur ist der ¨Uberlapp derπ-Elektronen einheitlich ¨uber das gesamte Molek¨ul. ¨Uber Streckfaktoren wurde auch hier keine Aussage gemacht [20].
In der Gruppe von Fink wurde die Leitf¨ahigkeit einiger 600 nm langer Einzelstr¨ange in Abh¨angigkeit des angelegten Potenzials untersucht. Die Ergebnisse lassen sich mit denjenigen
von (halb-)leitenden Polymeren vergleichen, woraus auf ein gutes Halbleiterverhalten geschlos-sen wird. Somit ließen sich mesoskopische elektronische Schaltungen ideal realisieren, da die L¨ange von DNS-Ketten ¨uber Gr¨oßenordnungen variiert werden kann [21].
Tunnelstrom in DNS
Eine eher tunnelstromartige Leitf¨ahigkeit zeigen wiederum Experimente, die sich genauer mit der Verteilung der Basenpaare A-T und G-C besch¨aftigen. Festgestellt wurde, dass positive Lochladungen sich stabiler auf einer G-C-Treppenstufe halten als auf einer Stufe aus einem A-T-Basenpaar. Soll nun diese Ladung entlang der Helix bewegt werden, kann sie ¨uber kurze Distanzen von G-C zu G-C tunneln. Dieses koh¨arente Tunneln wird auch
”superexchange“
genannt; dabei wird keine Energie mit dem Moluk¨ul ausgetauscht und die Ladung ist voll-kommen delokalisiert. Die Wahrscheinlichkeit f¨ur den Tunnelprozess sinkt rapide je weiter die G-C-Basenpaare voneinander entfernt sind. F¨ur Ladungstransport ¨uber weitere Strecken wird daher der
”Thermal-Hopping“-Mechanismus favorisiert, bei dem Ladungen thermisch angeregt werden und von Basenpaar zu Basenpaar h¨upfen. Diese Experimente geben ver-mehrt Hinweise darauf, dass die elektrische Leitf¨ahigkeit von DNS sowohl stark von ihrer Zusammensetzung als auch von ihrer mechanischen Belastung abh¨angt [14,22].
DNS als Supraleiter
Ein letztes Experiment, das eine Leitf¨ahigkeit von DNS als Ergebnis hat, stammt aus der Gruppe von Kasumov. Auch hier wurde eine stromleitende DNS gefunden, die Ergebnis-se zeigen einen Widerstand von weniger als 100 kΩ pro Molek¨ul bei 16µm langer λ-DNS.
Bei Kontaktierung der DNS mit supraleitenden Kontakten mit einer Sprungtemperatur von 1 Kelvin wurde sogar ein proximity-induziertes supraleitendes Verhalten gefunden, welches zeigt, dass DNS bis in den Millikelvin-Bereich leitf¨ahig bleiben kann [23].
DNS als Isolator
Weitere Experimente wollen nun eher ein isolatorisches Verhalten der DNS gemessen haben.
De Pablobegr¨undet dies damit, dass alle bisher vorgestellten Experimente St¨oreffekte bei der Messung kleiner Str¨ome durch immer vorhandene Gegenionen in w¨assriger L¨osung und Verunreinigungen in der DNS-L¨osung nicht ber¨ucksichtigen und keine genauen Modelle zur Stromleitung liefern. In seinem Experiment benutzt er ebenfalls 16µm lange λ-DNS und liefert Ergebnisse mit Widerst¨anden von 106Ω pro Molek¨ul. Theoretische ¨Uberlegungen in seiner Arbeit unter der Annahme unendlich langer, saurer, trockener DNS sagen ebenfalls ein nichtleitendes Verhalten voraus [13].
Best¨atigt wurden diese Ergebnisse durch Messungen aus der Gruppe von Zhang, der, wie auch in dieser Arbeit vorgesehen, λ-DNS mittels Thiolbindungen an Goldzuleitungen angeheftet hat [24].
DNS als Tr¨agermaterial f¨ur Leiterstrukturen
Der letzte Aspekt in diesem Abschnitt bezieht sich nicht mehr auf die Leitf¨ahigkeit von DNS an sich, sondern gibt nur einen Ausblick, auf welche Art dieses Molek¨ul dennoch auf jeden Fall in diesem Gebiet einsetzbar ist. Unbestritten ist der Vorteil von DNS, auf nm-Skala wohldefinierte Strukturen zu bilden. Somit bietet sie die M¨oglichkeit, unabh¨angig von ihrem
2.5 Probleme bisheriger Experimente
elektronischen Verhalten als Ger¨ust f¨ur sogenannte
”Nanodr¨ahte“ zu dienen. Gelingt es, au-ßen an das Zucker-Phosphat-R¨uckgrat gezielt und wohldefiniert Atome aus stromleitenden
”Nanodr¨ahte“ zu dienen. Gelingt es, au-ßen an das Zucker-Phosphat-R¨uckgrat gezielt und wohldefiniert Atome aus stromleitenden