Nicht nur Biologen interessieren sich für die DNA. Eine bislang unbekannte physikalische Eigenschaft des Erbgutmoleküls haben japanische Forscher jetzt entdeckt.

Molekularbiologen sind längst nicht mehr die einzigen, die das Erbgutmolekül DNA erforschen. Auch Physiker nehmen sich des Moleküls mehr und mehr an und entdecken dabei überraschende Eigenschaften. Die neueste Entdeckung kommt von Wissenschaftlern des Chitose-Instituts für Naturwissenschaften und Technologie in Japan. Sie entdeckten, dass DNA unter bestimmten Umständen Laserlicht aussenden kann.

Die optischen Eigenschaften der DNA

Die Experimente der Wissenschaftlergruppe von Yutaka Kawabe könnten den Weg zu kompakten Festköperlasern weisen, die Laserlicht in vielen verschiedenen Farben aussenden. Solche Laser würden zudem energiesparend und einfach anzuwenden sein.

Ausgangspunkt der Experimente des Teams war eine Lösung aus DNA und Fettsäuren, zu der der Farbstoff Hemicyanin gegeben wurde. Die Farbstoffmoleküle lagerten sich zwischen die ähnlich Leitersprossen angeordneten Basenpaare der DNA-Doppelhelix an, wobei sie stets einen Abstand von mehreren Dutzend «Sprossen» einhielten. Die Wissenschaftler stellten nun einen wenige Tausendstel Millimeter dünnen Film aus dieser DNA-Farbstoffmischung her und untersuchten dessen optische Eigenschaften.

Lumineszenz im roten Spektralbereich

Dazu schossen sie kurze Laserlichtblitze auf den Film. Derart angeregt sandte dieser Lumineszenzlicht im roten Bereich des Spektrums aus. Erhöhten die Forscher die Intensität des Anregungslichts, stieg die Intensität des Lumineszenzlichts ab einer bestimmten Anregungsschwelle übermäßig stark an. Gleichzeitig nahm seine spektrale Breite ab.

Beide Effekte - die starke Zunahme der Lumineszenz sowie die spektrale Verengung - sind Anzeichen für die Entstehung von Laserlicht. Das ist umso überraschender, als Hemicyanin kein Laserfarbstoff ist und ohne DNA kein Laserlicht aussenden kann. Die Forscher spekulieren, dass die Einbettung in die Doppelhelix der DNA die elektronischen Energiezustände der Farbstoffmoleküle abändert und so die Aussendung von Laserlicht ermöglicht.

Um einen «vollwertigen» Laser aus derartigen DNA-Filmen herstellen zu können, müssen diese in eine Spiegelkammer gebracht werden. Dort könnte sich das Lumineszenzlicht lawinenartig selbst verstärken. Zuvor müssen die Forscher jedoch noch ein Verfahren für die routinemäßige Herstellung sehr reiner Filme ausarbeiten. (nz/jkm)

Artikel vom 25.04.2006
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