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Erde|Umwelt

Auf Knopfdruck: Winziges Biochip-Labor hält Proteine fest und gibt sie wieder ab

Im boomenden Markt der Gensequenzierung, Wirkstoffsuche und Bioanalysen übernehmen schon heute vielseitige Biochips zahlreiche Aufgaben und sind aus den Laboren kaum mehr wegzudenken. Amerikanische Wissenschaftler entwickelten nun eine neue Klasse dieser Minilabore im Chipformat. Aus kleinsten Flüssigkeitsmengen kann die Oberfläche des Chips Proteine gezielt festhalten und ohne chemische Veränderungen auf Wunsch wieder freisetzen. Damit könne nach Aussage der Forscher, die ihre Ergebnisse in der Fachzeitschrift Science (Vol. 301, S. 352) präsentieren, molekularbiologische Arbeitsschritte weiter optimiert und beschleunigt werden.

„Das aktive Element in unserem Aufbau ist ein vier Nanometer dünner Polymerfilm, der thermisch zwischen einem wasseranziehenden, konservierenden und einem wasserabstoßenden, Protein bindenden Zustand hin und her geschaltet werden kann“, beschreiben Dale Huber und seine Kollegen vom Sandia National Laboratory in Albuquerque das Prinzip ihres Biochips. Damit sollen schnellere und zuverlässige Bluttests oder Erbgut-Sequenzierungen möglich werden.

Die hauchdünne Kunststoffschicht liegt dabei auf einem engmaschigen Netzwerk aus Gold oder Platindrähten auf. Quillt der Polymerfilm bei Raumtemperatur auf, können keine Proteine an der Oberfläche andocken. Wird der Kunststofffilm dagegen über die feinen Metalldrähte auf rund 35 Grad Celsius erwärmt, löst sich der Kunststoff. Das gespeicherte Wasser tritt aus, und die Eiweißmoleküle können je nach Andockstelle an der Oberfläche festmachen. Umgekehrt reicht wieder eine lokal begrenzte Abkühlung auf Raumtemperatur, um die Proteine chemisch unverändert wieder freizusetzen.

In ersten Versuchen konnten die Forscher innerhalb einer Sekunde den Polymerfilm aufwärmen und abkühlen und so in der gleichen Zeitspanne Proteinmoleküle gezielt festhalten oder freisetzen. Mit einem ganzen Netzwerk solcher einzeln heizbaren Andockstellen ließen sich auch komplexe Analysen wie die Antikörpersuche in Blutproben mit nur einem Biochip in extrem kurzer Zeit durchführen. Im Idealfall wäre dieser Biochip nach einer Analyse wieder zu verwerten. Die Forscher müssten dazu sicher stellen können, dass alle Fremdsubstanzen durch das Aufquellen des Polymerfilms wieder entfernt werden konnten.

Jan Oliver Löfken
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