Chemiker entwickeln neuartige Nanosensoren zum Nachweis von Proteinen und Viren
Teststreifen mit Gold-Nanopartikeln als Sensorelemente können zahlreiche Proteine gleichzeitig erkennen
Institut für Physikalische Chemie
Um viele Inhaltsstoffe in einer kleinen Probe nachzuweisen, muss der Sensor so klein wie möglich sein, vorzugsweise so klein wie Nanopartikel. Die Wissenschaftler um Sönnichsen haben daher einen Sensor entworfen, der nicht größer ist als ein Stecknadelkopf, auf der Fläche von einem Zehntel Quadratmillimeter aber hundert verschiedene Einzeltests unterbringen kann. Dieser "Teststreifen" besteht aus einer Glaskapillare, der auf der Innenseite Gold-Nanopartikel als Sensorelemente anhaften. "Zuerst werden unsere Nanopartikel jeweils mit einem kurzen DNA-Strang präpariert, der Proteine ganz spezifisch bindet", erklärt der Entwickler der Funktionalisierungsmethode, Janak Prasad. Dockt ein Protein an einen dieser speziellen DNA-Stränge, sog. Aptamere, an, so ändern die Nanopartikel ihre Farbe. Diese Farbänderung kann mit einem Spektrometer festgestellt werden. Die Glaskapillare wird dazu in ein Mikroskop eingelegt, das von den Mainzer Chemikern entwickelt, aufgebaut und mit der entsprechenden Software ausgestattet wurde.
"Wir zeigen hier einen neuen Ansatz, wie man mit einem Multiplexverfahren mehrere Proteine gleichzeitig erkennen kann, indem eine Flüssigkeit an den zufällig platzierten Gold-Nanostäbchen vorbeifließt", erläutert die Erstautorin der Studie, Christina Rosman. Mit vier unterschiedlichen Zielproteinen haben die Wissenschaftler aus der Physikalischen Chemie die grundsätzliche Machbarkeit des neuen Konzepts demonstriert, die Empfindlichkeit für Konzentrationen im Nanomolbereich nachgewiesen und die Reaktivierung und mehrmalige Wiederverwendung der Sensoren bestätigt. "Wir schätzen, dass unser Konzept potenziell auf die gleichzeitige Detektion von Hunderten oder Tausenden von Zielsubstanzen ausgebaut werden kann". Eine kostengünstige Serienproduktion der Sensoren ist denkbar, wenn sie mit fortschrittlichen Nanofabrikationsmethoden wie Nano-Prägung oder optischen Fallen hergestellt würden.
Mögliche Einsatzgebiete für gleichzeitige Tests in einem Vorgang sind mannigfaltig: Die kostengünstigen Sensoren könnten in Arztpraxen eingesetzt werden, um direkt vor Ort beispielsweise unterschiedliche Grippeviren zu bestimmen. Weiterhin würde sich die Technik eignen, um bestimmte toxische Stoffe in der Umwelt oder Nahrung aufzuspüren, insbesondere in Flüssigkeiten wie Milch oder Babynahrung. Auch andere Stoffe wie Dopingmittel, Drogen oder Ähnliches wären schnell und einfach nachzuweisen.
Originalveröffentlichung
Christina Rosman et al., Multiplexed Plasmon Sensor for Rapid Label-free Analyte Detection, Nano Letters, 21. Juni 2013