Aus dem Labor: Flüssigkeitstransistoren

Wissenschaftler an der Universität von Kalifornien in Berkeley haben ein neues Nanogerät auf Siliziumbasis entwickelt, das als Transistor für Flüssigkeiten dient. Je nach Spannung, die man anlegt, lässt sich der Durchfluss starten oder stoppen, außerdem kann man die Ionen- und Molekül-Konzentration kontrollieren. Die Nanokanäle in dem winzigen Gerät sind nur 35 Nanometer hoch und einen Mikrometer breit. In einem ihrer Experimente konnte das Forscherteam, das von Arun Majumdar und Peidong Yang geleitet wird, die Konzentration einer Farblösung um das Zweifache erhöhen. Dabei wurde über Elektroden, die die Kanäle kreuzten, eine positive Spannung von 50 Volt angelegt.

Bedeutung: Als einer der möglichen Anwendungsbereiche für Nanotechnologie gilt der Diagnostiksektor. Hierbei müssen Sensoren sehr geringe Flüssigkeitsmengen manipulieren können, um spezifische Molekülwerte zu erkennen und zu messen. Bei dieser Nanofluidtechnik benötigt man Komponenten, die die Bewegung von Flüssigkeiten und Molekülen kontrollieren. Das Nanogerät aus Berkeley könnte hier helfen.

Bisherige Nanofluidkomponenten erlauben nur die passive Bewegung von Ionen oder Molekülen. Der neue Flüssigkeitstransistor bietet deutlich mehr Kontrolle über das Strömungsverhalten und die Zusammensetzung einer Flüssigkeit. Die neuen Nanotransistoren lassen sich zudem mit der gleichen Technik herstellen wie ganz normale elektronische Schaltkreise - auf Siliziumbasis. Dadurch wird die Kontrolle chemischer Verarbeitungsprozesse auf einem Chip möglich.

Methodik: Das Team aus Berkeley stellte seinen Transistor mit Hilfe der optischen Lithografie-Technik her. Die Nanokanäle werden dabei mit drei Elektroden verbunden - zwei an jedem Ende plus einer Gatterelektrode, die die Nanokanäle kreuzt und überspannt. Die Forscher gaben dann eine negativ geladene Farbflüssigkeit in die Kanäle und konnten dann ihren Weg durch das Anlegen einer positiven Spannung an der Gatterelektrode bestimmen. Die negativ geladenen Farb-Ionen wurden mit Hilfe der positiven Spannung durch die Kanäle geleitet, was letztlich auch die Konzentration erhöhte. Die Forscher konnten den Effekt der angelegten Spannung auf die Farblösung durch Veränderungen ihrer Fluoreszenz messen und davon dann die Konzentrationsveränderungen ableiten.

Nächster Schritt: Die Forscher arbeiten an Nanokanälen, die in ihrem Inneren Rezeptoren für bestimmte Biomoleküle besitzen. Die Nanotransistoren sollen es schließlich ermöglichen, komplexe Mixturen aus Biomolekülen zu analysieren. Daraus ergäben sich dann neuartige Diagnose- und Senor-Anwendungen.

Quelle: Karnik R. et. al. 2005. Electrostatic control of ions and molecules in nanofluidic transistors. Nano Letters, 5:943-948.

Von Corie Lok; Übersetzung: Ben Schwan. (wst)