Geobacter: Genveränderte Erd-Bakterien bauen extrem dünne Leitungen

Die immer weiter gehende Miniaturisierung macht nicht nur die Herstellung von Chips schwieriger, sondern auch ihre Verdrahtung mit anderen Komponenten. Zukünftig könnte diese Aufgabe statt von extrem präzisen Robotern auch einfach von Bakterien übernommen werden. Geobacter mit Protein-Leitung Mikroben der Geobacter-Gattung sind schon seit einiger Zeit dafür bekannt, dass sie extrem feine und leitfähige Proteinfäden produzieren, mit denen sie sich an Metalloxide ankoppeln. Dies dient dem Aufbau einer elektrischen Spannung, die das Bakterium für bestimmte Stoffwechsel-Prozesse benötigt.

In einem gemeinsamen Projekt der University of Massachusetts Amherst und der US Navy hat man es nun geschafft, sich diese Eigenart von Geobacter nutzbar zu machen. Das Bakterium wurde genetisch modifiziert und baut die Fäden nun aus anderen Aminosäuren zusammen. Dadurch wurde ihre ohnehin schon geringe Dicke noch einmal halbiert und die Leitfähigkeit um den Faktor 2.000 verbessert, womit sie ungefähr auf dem Niveau von Kupferleitungen angekommen sind.

Leitungen und Sensoren

Die Effektivität bei den Herstellungsprozessen, mit denen die Fäden nutzbar gemacht werden können, liegt aktuell etwa bei denen von Kohlenstoff-Nanoröhrchen - an denen aber schon lange geforscht wird. Und hier sollte es schnell größere Fortschritte geben, da man hier beispielsweise keine teuren, hochpräzisen Maschinen und hochgradige Reinraumbedingungen benötigt. Stattdessen lässt man Bakterien für sich arbeiten, die in großer Menge im Erdboden vorkommen.

Die so produzierten Leitungen können unter anderem eingesetzt werden, um Komponenten im Nanotechnologie-Bereich miteinander zu komplexeren Maschinen zu vernetzen. Es gibt aber auch Ansätze - und hier spielt die Beteiligung des Militärs eine Rolle - die Fäden selbst als Sensoren einsetzbar zu machen. Sie können beispielsweise so modifiziert werden, dass sie mit ganz bestimmten anderen Molekülen Bindungen eingehen, was dann Auswirkungen auf ihre Leitfähigkeit hat. Auf diese Weise ließen sich etwa Sensoren für eine ganze Reihe von Sprengstoffen bauen, die an einen kleinen Chip angedockt sind.