The DNA double helix is inherently a nanoscale wire-like object, possessing a 2 nm diameter as well as a remarkable capability for molecular recognition and the interaction with other chemical compounds, thus making it an attractive material for biologically driven assembly of artificial nanostructures. In this work methods for the construction of functional electronic networks from single DNA molecules are presented. For this, (i) the generation of patterns of distinct interconnects between micro-fabricated contact pads are explored by stretching end-specifically thiol-functionalized, single-tethered DNA molecules using hydrodynamic flow as well as an electric field-induced thermal flow. (ii) These networks then serve as a template for a selective in-situ photoinduced nucleation and growth of platinum clusters of 4 nm diameter along the DNA molecules. In the synthesis exclusively platinum ions from an aqueous platinum nitrate solution bonded electrostatically to the backbone of the immobilized DNA can be reduced upon irradiation with UV light, while background metallization is inhibited. Furthermore, the metallization scheme is applied to DNA nanotubes and another photochemical deposition process is used to tune the interparticle gap space in a discontinuous platinum cluster chain to form conducting nanowires.
The "process toolbox'' presented in this work offers a versatile alternative for the hierarchical patterning and incorporation of biotemplated nanomaterials into micro-/nanofabrication schemes. / Ein doppelhelikaler DNA-Strang besitzt mit seinem hohen Aspektverhältnis von Natur aus Ähnlichkeit mit einem Kabel. Zusammen mit seinen einzigartigen Selbstassemblierungseigenschaften sowie der Fähigkeit, mit einer Vielzahl von chemischen Stoffen eine Verbindung einzugehen, macht dies ihn zu einem aussichtsreichen Baumaterial für den Aufbau von künstlichen Nanostrukturen. In dieser Arbeit werden deshalb verschiedene Methoden für den Bau von elektronischen Schaltkreisen aus einzelnen DNA-Strängen demonstriert. Dazu wird (i) die Herstellung von Verdrahtungsmustern zwischen lithographisch gefertigten Kontaktstrukturen untersucht. Endständig mit Thiolgruppen funktionalisierte DNA-Moleküle, die an nur einem Ende mit der Oberfläche verknüpft sind, werden mittels Strömung oder eines elektrothermisch induzierten Flusses zwischen Elektroden gespannt. (ii) Diese Netzwerke dienen im Weiteren als Vorlage für ein selektives, lichtinduziertes Wachstum von Platinpartikeln mit Durchmessern von 4 nm lokal entlang der DNA-Moleküle. Dabei werden unter UV-Bestrahlung nur solche Platinionen reduziert, die aus einer Platinnitrat-Lösung elektrostatisch an die immobilisierte DNA angebunden haben. Partikelwachstum in der umgebenden Lösung wird weitgehend verhindert. Darüber hinaus wird dieses Verfahren auch auf DNA-Nanoröhren angewendet und ein weiterer photochemischer Abscheideprozess eingesetzt, um unterbrochene Clusterkettern zusammenzuwachsen, mit dem Ziel, elektrisch leitfähige Nanodrähte zu erhalten.
Die vorgestellten Verfahren stellen eine vielseitige Alternative zu herkömmlichen, hierarchischen Fabrikationsschemen der Mikro- und Nanotechnologie dar.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa:de:qucosa:25269 |
| Date | 23 March 2010 |
| Creators | Erler, Christiane |
| Contributors | Mertig, Michael, Gerlach, Gerald, Pompe, Wolfgang, Technische Universität Dresden |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | doc-type:doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, doc-type:Text |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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