Geheimnisse aus den Tränen - wissenschaft.de
Anzeige
Anzeige

Astronomie+Physik Technik+Digitales

Geheimnisse aus den Tränen

inveit.jpg
Die eingeritzten ?H?-Strukturen wirken wie gekoppelte Antennen und können als Sensorelement Substanzen auf der Oberfläche erkennen. Bild: Uni Stuttgart
Mit einem speziellen Sensormaterial in Kontaktlinsen wollen Stuttgarter Forscher die Blutzuckerwerte von Diabetespatienten über die Tränenflüssigkeit bestimmen. Die Menge der Zuckersubstanz Glukose verändert die optischen Eigenschaften sogenannter Metamaterialien, die in die Kontaktlinse eingebracht sind. Ein schwacher Laser könnte die Informationen aus der Kontaktlinse auslesen, erläutert Martin Mesch von der Universität Stuttgart, der das Messprinzip bislang in vereinfachter Form im Labor untersucht hat. Diese Metamaterialien sind eine neue Substanzklasse, die in der Natur nicht vorkommen. Sie werden überwiegend mit Verfahren hergestellt, die der Halbleiterfertigung entlehnt sind. Als Sensormaterial können sie zum Messen von Biomolekülen wie Eiweißen, Zucker und Erbsubstanz DNA genutzt werden.

Zum Herstellen des Metamaterials beschichteten die Forscher ein Glassubstrat mit einer 30 Nanometer (Millionstel Millimeter) dicken Goldschicht. In diese Schicht schnitten sie mit einem Ionenstrahl den Buchstaben ?H?, dessen Querlinie ?-? allerdings von den beiden Seitenlinien getrennt ist. Die Querlinie hat eine Länge von 400 Nanometern. Auf einer quadratischen Fläche mit einem Zehntel Millimeter Kantenlänge erzeugten sie 15.000 solche Strukturen. Die drei Linien der einzelnen ?H? wirken als gekoppelte Antennen. Licht, das auf diese Metamaterial-Struktur auftritt, wird je nach Wellenlänge unterschiedlich stark reflektiert.

Bei einer bestimmten Wellenlänge kommt es zu einer sogenannten Resonanz: Hier wird besonders viel Licht des eintreffenden Strahls zurückgeworfen. Dieser besonders schmale Resonanzpeak ist nun entscheidend für die Sensorfunktion. Substanzen auf der Oberfläche ändern die optischen Eigenschaften und verschieben diese Resonanzstelle leicht. Aus dieser Abweichung können die Forscher auf die vorhandene Substanzmenge schließen.

Im Labor haben Mesch und seine Kollegen zunächst eine Glukoselösung auf den Sensorchip geträufelt und das Messprinzip damit verifiziert. Prinzipiell könnten damit biologische Substanzen in der Tränenflüssigkeit bestimmt werden. Allerdings ist solch ein Sensor noch nicht selektiv: Er misst die Überlagerung aller Substanzen in der Träne oder in anderen Körperflüssigkeiten.

Mit einer speziellen Technik wollen die Forscher daher den Sensor für konkrete Biomoleküle empfindlich machen, indem sie eine Art Greifarm für diese Moleküle auf die Goldoberfläche anbringen. Die Verbindung zum Gold erfolgt zunächst über ein Schwefelwasserstoffgruppe. An dieses docken die Forscher als Abstandshalter Polyethylenglykol. Darauf folgt ein Molekül, das sich besonders gern mit der zu messenden Zielsubstanz verbindet und dieses gewissermaßen aus der Flüssigkeit herausgreift. In ihren Experimenten nehmen die Forscher dazu beispielsweise das Biomolekülpaar Biotin ? im Greifarm des Sensors ? und das Eiweiß Streptavidin in der Lösung.

Anzeige

Bei praktischen Anwendungen stünde der Metamaterial-Sensor im Wettbewerb mit anderen Sensorprinzipen, etwa Halbleitersensoren oder elektrochemischen Sensoren. ?Es ist auf jeden Fall interessant, eine Auswahl an Sensoren zu haben?, sagt Mesch. Dann könne man für jeden Einsatz den bestgeeigneten Sensor auswählen.

Martin Mesch (Universität Stuttgart) et al.: Nanoletters, DOI: 10.1021/nl902621dArbeitsgruppe von Martin Mesch, Harald Giessen Martin Schäfer (unterstützt durch das Kompetenznetz Optische Technologien in Baden-Württemberg, Photonics BW)
Anzeige

bild der wissenschaft | Aktuelles Heft

Anzeige

Aktueller Buchtipp

Sonderpublikation in Zusammenarbeit  mit der Baden-Württemberg Stiftung
Jetzt ist morgen
Wie Forscher aus dem Südwesten die digitale Zukunft gestalten

Wissenschaftslexikon

kaus|tisch  〈Adj.〉 1 〈Med.〉 auf Kaustik beruhend, mit ihrer Hilfe, ätzend 2 〈fig.〉 scharf spöttisch, beißend ... mehr

Ho|mo|mor|phis|mus  〈m.; –, –phis|men; Math.〉 Abbildungsverfahren zw. zwei algebraischen Strukturen, z. B. Gruppen od. Körpern, das mit den in ihnen definierten Verknüpfungen verträglich ist, d. h., das Bild eines Verknüpfungsergebnisses ist gleich dem Verknüpfungsergebnis der Bilder

Dif|fe|ren|zi|a|ti|on  〈f. 20〉 oV 〈fachsprachl.〉 Differentiation 1 Aussonderung, verschiedenartige Entwicklung ... mehr

» im Lexikon stöbern
Anzeige
Anzeige