Chemische Schaltkreise: Fluoreszenz statt Strom

Forscher der Friedrich-Schiller-Universität Jena arbeiten an einem Verfahren, bei dem logische Bauelemente nicht mehr auf der Basis von Halbleitern und Strom arbeiten, sondern mit chemischen Prozessen. Aktuell verzeichnen sie dabei die ersten Erfolge. Wie die Chemiker der Uni Jena jetzt im 'Journal of the American Chemical Society' berichten, haben sie ein Molekül-basiertes System entwickelt, das logische Funktionen ausführen kann. Anders als in einem elektronischen Schaltkreis, bei dem Informationen in Form elektrischer Impulse verarbeitet werden, funktioniert dieses mit chemischen Signalen.

Der chemische "Schaltkreis" enthält mehrere Komponenten: Einen fluoreszierenden Farbstoff und einen sogenannten Fluoreszenzlöscher. "Liegen beide Komponenten vor, so kann der Farbstoff seine Wirkung nicht entfalten und wir sehen kein Fluoreszenzsignal", erklärte Projektleiter Alexander Schiller. Kommen jedoch bestimmte Zuckermoleküle ins Spiel, reagiert der Fluoreszenzlöscher mit dem Zucker und verliert so seine Fähigkeit, das Fluoreszenzsignal zu unterdrücken. "Daraufhin beginnt der Farbstoff zu fluoreszieren."

Dieses Setting erlaube nun verschiedene logische Verknüpfungen, "wobei wir die Komponenten als chemische 'Input'-Signale und die zu messende Fluoreszenz als 'Output'-Signal annehmen", führte Schiller aus. Je nachdem ob Farbstoff, Fluoreszenzlöscher oder Zucker als Signalgeber vorliegen, resultiert ein Fluoreszenzsignal "1" oder kein Signal "0". Diese Outputs lassen sich dann mit anderen Funktionen koppeln.

Mögliche Anwendungen solcher molekularen logischen Schaltelemente werden schon heute im Bereich intelligenter Materialien oder in der klinischen Diagnostik diskutiert. Ihr Vorteil gegenüber rein elektronischen Schaltkreisen sei ihre enorme Signal-Variabilität. "Diese chemische Vielfalt ist bestens geeignet, um Schaltungen auf Platinen in der Zukunft zu ergänzen und vielleicht sogar zu ersetzen", führte Schiller aus. Drogen, Chemie, Labor Drogen, Chemie, Labor
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