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Gitter aus Licht sortiert Mikropartikel und Proteine

Die Guten ins Töpfchen, die Schlechten ins Kröpfchen: Konnte Aschenputtel beim Sortieren von Linsen auf die Hilfe der Tauben setzen, müssen Forscher für die Ordnung von Mikrokapseln und Proteinen zu aufgefeilteren Methoden greifen. Winzige Wellenfelder sich kreuzender Lichtstrahlen bewiesen nun ihre hohe Effektivität beim Sortieren mikroskopisch kleiner Partikel. Dieses optische Auswahlverfahren, das die unterschiedliche Polarisierbarkeit der zu trennenden Teilchen nutzt, stellen britische Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Nature (Bd. 426, S. 421) vor.

„Ausgewählte Teilchen folgen einem definierten Pfad durch das optische Gitter und erlauben eine effektive Fraktionierung“, schreiben Michael P. MacDonald und seine Kollegen von der University of St. Andrews. Die Forscher ließen eine wirre Mischung von nur zwei Millionstel Meter kleinen Teilchen aus Siliziumoxid einerseits und einem Kunststoff andererseits in einer Flüssigkeit über ihr optisches Wellenfeld laufen. Vier aufgesplittete Strahlen eines 1070 Nanometer-Lasers kreuzen sich zu einem dreidimensionalen Lichtgitter und bilden über Interferenzeffekte ein spezifisches Wellenmuster. Je nach Feinabstimmung der Laserleistung wurden die verschiedenen Teilchen in einer laminaren Strömung unterschiedlich stark bis zu einem Winkel von 45 Grad aus ihrer Fließrichtung abgelenkt. In kleinen Auffangbehältern hinter dem Licht-Sortierfeld konzentrierten sich die Mikrokügelchen aus den beiden Materialien – sauber getrennt.

In ihren Versuchen erreichten MacDonald und seine Kollegen eine erstaunliche Sortiergenauigkeit von fast 100 Prozent. Auch Teilchen mit ähnlichen physikalischen Eigenschaften und unterschiedlicher Größe – in diesem Fall ausgewählte Protein-Mikrokapseln – konnte das Lichtgitter sauber trennen. Damit zeigt diese Methode, dass sie klassischen Auswahlverfahren, die die Floureszenz von Teilchen oder das Sedimentationsverhalten nutzen, deutlich überlegen ist.

Nach Aussage der Wissenschaftler kann diese optische Methode elegant auf eine Vielzahl mikroskopischer Partikeltypen angepasst werden. Sie müssen lediglich über einen geringen Unterschied in ihrem Polarisationsverhalten gegenüber bestimmen Lichtwellen verfügen. Bisher konnten sie die Trennung bei Fließgeschwindigkeiten von bis zu 20 Mikrometern pro Sekunden durchführen. Integriert auf moderne Lab-On-Chip-Systeme eröffnet dieser Licht-Sortierer ein effektiveres Arbeiten mit Proteinen und zahlreichen anderen Biomolekülen oder gar Nanopartikeln.

Jan Oliver Löfken
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