Wellenleiter spürt Bakterien auf

Wenn Licht durch einen Wellenleiter auf einem Chip oder durch eine Glasfaser geleitet wird, so tritt ein Teil trotz der Totalreflexion des Strahls an den Wänden des Leiters aus. Die Intensität des ausgetretenen Lichtfelds fällt dabei innerhalb von nur wenigen Nanometern exponentiell ab. Wenn allerdings Moleküle in dieses äußere Feld gelangen, so werden sie polarisiert. Dies verändert das Profil des geleiteten Lichts, so dass derartige Wellenleiter als Sensoren für Biomoleküle eingesetzt werden können.

Henrik Pedersen und seine Kollegen vom Riso Nationallaboratoriumhaben dieses Konzept nun auf Bakterien ausgeweitet. Da typische Bakterienzellen zwischen 500 und 5.000 Nanometern groß sind, können sie mit herkömmlichen Wellenleitern nicht nachgewiesen werden ? das äußere Lichtfeld dringt nicht tief genug in sie ein. Pedersen hat daher die Oberfläche eines Wellenleiters aus Polystyrol mit einem Gitter versehen, das einen Teil des geleiteten Lichts senkrecht zu der Oberfläche des Leiters beugt.

Auf diese Weise konnten die Forscher Bakterien des Typs Escherichia coli K12, die in einer Flüssigkeit über die Oberfläche des Wellenleiters geleitet wurden, innerhalb von nur 45 Minuten nachweisen. Enzymtests hingegen benötigen oft viele Stunden, um vergleichbare Mengen von Bakterien eindeutig aufspüren zu können.

Die Forscher hoffen, auf diese Weise schon bald Säugetierzellen nachweisen zu können. Die Eindringtiefe des Lichtfelds in die äußere Flüssigkeit lässt sich durch die Periode des Gitters steuern, so dass die Sensoren auf die nachzuweisende Substanz angepasst werden können.