Goldnanopartikel folgen „genetischem Code“

DNA-Sequenz beeinflusst Morphologie wachsender Goldnanokristalle

16.08.2012 - USA

Gold ist nicht nur Material der Wahl für hübsche Schmuckstücke, Gold ist auch in der Technik interessant, etwa in Form nanoskopischer Teilchen für Anwendungen z.B. in der Katalyse, Biomedizin und Sensorik. Ein amerikanisch-chinesisches Team zeigt jetzt in der Zeitschrift Angewandte Chemie, dass sich die Gestalt von Goldnanopartikeln steuern lässt, wenn diese in Anwesenheit von DNA synthetisiert werden. In Abhängigkeit von der DNA-Sequenz lassen sich Form und Oberflächenrauigkeit variieren.

Wegen ihrer definierten Struktur wird DNA technisch genutzt, etwa als „Gussform“ oder „Gerüst“ für die Herstellung von Nanoobjekten und Nanomaterialien. Ein Team um Yi Lu von der University of Illinois at Urbana–Champaign (USA) und Jinghong Li von der Tsinghua University Beijing (China) zeigt jetzt am Beispiel von Goldnanopartikeln, dass DNA nicht nur die Struktur und Funktionalität von Nanomaterialien beeinflussen kann, sondern auch deren Morphologie.

Um Goldnanopartikel herzustellen, verwenden die Forscher eine Lösung eines Goldsalzes und geben ein mildes Reduktionsmittel sowie winzige prismaförmige Goldkriställchen als Kristallisationskeime zu. Das Reduktionsmittel reduziert die Goldionen des Salzes zu elementarem Gold, das auf die Kristallisationskeime aufwächst. In Anwesenheit von kurzen DNA-Strängen kristallisieren diese zu größeren definierten Nanopartikeln weiter. In Abwesenheit von DNA entstehen dagegen wesentlich größere unregelmäßig geformte Agglomerate.

Interessanterweise ist zwar die Länge der DNA-Stränge unerheblich, nicht aber die enthaltenen Basen (Adenin, Cytosin, Guanin und Thymin). Geben die Forscher DNA zu, die nur Guanin-Basen enthält, entstehen Nanopartikel in Form flacher Sechsecke, DNA aus reinem Thymin erzeugt winzige sechszackige Sterne mit glatter Oberfläche, reines Adenin führt zur Bildung von rundlichen, rauen Partikeln und Cytosin zu runden flachen Plättchen. Die entstehenden Partikel sind jeweils gleich groß und einheitlich geformt.

Dann testeten die Wissenschaftler DNA-Stränge aus jeweils zwei verschiedenen Basen. In den meisten Fällen dominiert hier einfach die Base, die in größerer Menge vorhanden ist. Interessant ist die Kombination Thymin und Cytosin. Diese beiden Basen wirken offenbar synergistisch, denn es entsteht eine neue Form: blumenartige Nanopartikel, die in der Mitte dünn und an den Rändern dicker sind. Mit zunehmender Menge von Thymin werden die Ränder dicker.

„Unsere Arbeit könnte die Basis für eine neue Methode zur Synthese von Nanopartikeln mit vorhersagbaren Strukturen mit fein austarierter Morphologie für eine breite Palette an Anwendungen bilden“, sagt Lu. „So zeigten Nanopartikel mit komplexen Formen und rauen Oberflächen kürzlich besonders gute Ergebnisse als Bestandteile von Katalysatoren und Trägermaterialien für analytische Verfahren wie die oberflächenverstärkte Raman-Spektroskopie. Auch werden sie von Zellen besser aufgenommen.“