Die DNA-Origami-Technik ist ein innovativer molekularer Ansatz für die Herstellung von komplexen Nanostrukturen. Es erlaubt eine gezielte positionsspezifische Anordnung von plasmonischen Nanopartikeln oder anderen Funktionseinheiten wie z. B. Fluorophoren im Nanometer-Bereich für die Realisierung neuartiger nanooptischer Anordnungen.

DNA-basierte molekulare Konstruktionen bieten ein hohes Potential als Grundlage für neuartige Nanostrukturen. Durch ihre Fähigkeit zur biomolekularen Selbstorganisation können diese Moleküle berührungslos und gezielt zu definierten Strukturen mit bislang unerreichter Genauigkeit gefaltet werden. Die sogenannte DNA-Origami-Technik (Rothemund 2006) ermöglicht so die hochparallele Herstellung von 2D-Nanostrukturen (Dimensionen von 50-100 nm) mit einem positionsspezifischen Koordinatensystem. Plasmonische Nanopartikel, aber auch andere nanoskalige Elemente können gezielt in diesem System angeordnet werden. Die so erzeugten Hybrid-Nanostrukturen (z. B. Nanolinsen) können z. B. als neuartige hochsensitive optische Sensoren oder als wellenleitende Strukturen in der Nanooptik Verwendung finden.

Aktuelle Arbeiten konzentrieren sich auf die isothermale Faltung bei niedrigen Temperaturen, die eine kostengünstige Herstellung und schonende Implementation von Nanopartikeln sowie molekularen Komponenten ermöglicht. Dabei wurde zuerst der optimale Temperaturbereich und die Dauer der Faltung für 2D-Origamis untersucht und schon dabei die im Standardprotokoll üblichen 80-90°C vermieden. Durch die Zugabe von einem Reaktionsadditiv konnte dieser Temperaturbereich sogar in den physiologischen Bereich verschoben werden. Durch zusätzliche Verlängerung der Inkubationsdauer ist eine erfolgreiche DNA-Origami-Synthese sogar bei Raumtemperatur möglich.

Zusätzlich wurden Untersuchungen zur Optimierung der Immobilisierung von 2D-Origamis durchgeführt. Es konnten dabei grundlegende Kenntnisse über den Immobilisierungsprozess gewonnen werden, der eine gezielte Anordnung der DNA-Überstrukturen in einer Art Selbstassemblierungsprozess erlaubt. Durch die Anwendung von zurückziehenden Tropfengrenzen während der Immobilisierung wurden DNA-Origamis in 2D-Mustern gezielt angeordnet. Zukünftige Arbeiten sind auf Untersuchungen zur potentiellen Anwendung dieser Methode zur Herstellung neuartiger nanooptischer Funktionselemente fokussiert.

Im Bild oben:
Leibniz-IPHT-Schriftzug hergestellt aus selbst-organisierenden DNA-Strängen als Origami-Nanostruktur.

Im Bild unten:
Oberflächenmobilität und geordnete Umstrukturierung von immobilisierten DNA-Origamis