Schnittstellenflexibilität: Neuer Schlüssel zum Design von Netzwerken im Nanobereich

In einem Durchbruch, der das Design von Molekülen im Nanobereich verändern könnte, haben EPFL-Wissenschaftler in der Schweiz die 'Schnittstellenflexibilität' als eine entscheidende Eigenschaft identifiziert, die die Selbstorganisation von Molekülen zu kristallinen supramolekularen Netzwerken steuert. Die in *Nature Chemistry* veröffentlichte Studie zeigt, dass die Steifigkeit an dem Punkt, an dem sich Moleküle verbinden, wichtiger ist als die Stärke chemischer Bindungen. Maartje Bastings, Leiterin des Programmable Biomaterials Lab (PBL) an der EPFL, erklärt, dass hexagonale Netzwerkstrukturen in der Natur häufig vorkommen, und nennt Bienenstöcke als Beispiel. Das Forschungsteam, zu dem auch Mitglieder des Laboratory for Bio- and Nano-Instrumentation (LBNI) unter der Leitung von Georg Fantner gehörten, verwendete gentechnisch veränderte DNA-Stränge, um Faktoren zu untersuchen, die die Netzwerkbildung steuern. Das Team modulierte die Flexibilität der DNA-Stern-'Arme' und beobachtete, dass starre Arme stabile hexagonale Netzwerke bildeten, während flexible Arme dies nicht taten. Simulationen zeigten, dass starre Arme eher parallel ausgerichtet waren, was die Verbindungen erleichterte. "Die Schnittstelle, an der zwei Moleküle zusammenkommen, muss starr sein; wenn eine flexibel ist, ist die Wahrscheinlichkeit geringer, dass die Moleküle verbunden bleiben", sagte Bastings. Die Entdeckung hat potenzielle Anwendungen in zellulären Nanotherapien, der Spintronik und der Prävention von Krankheiten wie Alzheimer. Durch die Kontrolle der Schnittstellenflexibilität könnten Wissenschaftler Proteine für die Selbstorganisation entwerfen oder unerwünschte Netzwerke wie Amyloid-Plaques aufbrechen. Bastings sieht in dieser Arbeit Auswirkungen auf die Entwicklung von Elektronik der nächsten Generation durch die Selbstorganisation von Netzwerken im Nanobereich.