Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Auf dem Weg zum programmierbaren, zytogenetischen Submikroliter-Chiplabor

06.07.2006
Wissenschaftler der Universität Augsburg und der GSF entwickeln ein Werkzeug für die Arbeit im Kosmos des Erbguts.

Winzige biologische Stoffmengen, wie einzelne Zellen oder sogar kurze Erbgutabschnitte erfordern für ihre Analyse winzige Werkzeuge im Nanometer-Maßstab (ein Nanometer ist ein Milliardstel Meter). Diesem Anspruch gerecht werden wollen nun Augsburger Physiker gemeinsam mit dem Center for Nanoscience (CeNS) der Ludwig-Maximilians-Universität München, dem Medizinisch Genetisches Zentrum (MGZ), der Firma Advalytix in Brunnthal, dem Deutschen Museum und dem Forschungszentrum für Umwelt und Gesundheit (GSF) in München-Neuherberg. In den nächsten drei Jahren wollen die Wissenschaftler ein zytogenetisches Labor in Chipgröße entwickeln, mit dessen Hilfe man genetisches Material auf Defekte und Mutationen hin schnell und kostengünstig untersuchen kann. Gefördert wird das Projekt mit einem Gesamtvolumen von 1,3 Millionen Euro zu etwa 50 Prozent von der Bayerischen Forschungsstiftung.

Wie wirken sich Gen-Defekte auf das Leben und die Gesundheit eines Menschen aus? Welche DNA-Mutationen sind für Krankheiten, wie z. B. Krebs verantwortlich? Durch welche Faktoren werden Erbinformationen bei der Zellteilung nicht exakt kopiert? Das komplexe Zusammenspiel der einzelnen Erbgut-Bestandteile eines Organismus birgt noch immer unzählige Fragen.

Mit einer neuartigen Technologie will nun eine interdisziplinäre Arbeitsgruppe um Prof. Dr. Achim Wixforth vom Institut für Physik der Universität Augsburg und Dr. Stefan Thalhammer von der GSF ein Werkzeug entwickeln, mit dessen Hilfe man in den Kosmos aus einzelnen Zellen, Erbgut-Bestandteilen, kurzen DNA-Abschnitten oder Chromosomen, eintauchen kann.

Grundlage für ihr Vorhaben ist ein Chip, der bereits am Lehrstuhl für Experimentalphysik I der Universität Augsburg zusammen mit der Firma Advalytix AG entwickelt wurde. Auf seiner Oberfläche können kleinste Stoffmengen von wenigen Nanolitern berührungsfrei bewegt und miteinander vermischt werden. Die exakte Steuerung der Tröpfchen erfolgt über für Menschen unhörbare Schallwellen, deren hohe Frequenzen von etwa 100 Megaherz an der Oberfläche des Chips kleine Verformungen bewirken. Das Prinzip funktioniert ähnlich wie Schwingungen, die ein Erdbeben an der Erdoberfläche auslöst.

Diese elektronischen Chips wollen die Wissenschaftler nun mit allen Komponenten ausstatten, die für zytogenetische Untersuchungen notwendig sind. Mithilfe der Spitze eines Raster-Kraftmikroskops, die wie ein Skalpell arbeitet und selbst nur wenige Atome dick ist, oder durch einen ultrafeinen Laserstrahl werden aus Gewebe-Proben winzigste Mengen genetischen Materials extrahiert und auf das Minilabor, das etwa die Größe eines Fingernagels haben wird, aufgebracht.

Anschließend wird das genetische Material, wie zum Beispiel eine einzige Chromosomenbande, in so genannten "virtuellen Reagenzgläsern" auf dem elektrisch ansteuerbaren, programmierbaren Submikroliter-Chiplabor aufbereitet. Die virtuellen Reagenzgläser sind einzelne Tropfen auf dem Chip, die nicht größer als ein paar Nanoliter sind. In ihnen befindet sich in einer Pufferlösung eingebettet das zu untersuchende genetische Material. Vor der sofortigen Verdunstung schützt den Tropfen ein hauchdünner Ölfilm.

Die Aufbereitung erfolgt mittels der so genannten Polymerase-Kettenreaktion. Sie vervielfältigt das Erbgut, das dann schließlich auf chromosomale Veränderungen und strukturelle Defekte auf dem Chip analysiert werden kann. Hierzu wird ein Netzwerk von fluidischen Bahnen die kleinen Tröpfchen auf dem Chip von "Station" zu Station verschieben und schließlich auf einem so genannten Mikroarray auf seine Bestandteile hin charakterisieren.

Die Forscher haben sich zudem zum Ziel gesetzt, die Chips so zu produzieren, dass sie extrem kostengünstige Wegwerfartikel sind. (Thorsten Naeser)

BETEILIGTE PROJEKTPARTNER:

o Forschungszentrum für Umwelt und Gesundheit (GSF), Neuherberg
o Center for Nanoscience (CeNS) der Ludwig-Maximilians-Universität München
o Institut für Physik der Universität Augsburg
o Medizinisch Genetisches Zentrum (MGZ), München
o Advalytix AG, Brunnthal
o Deutsches Museum, München.
FÜR WEITERE INFORMATIONEN:
Dr. Stefan Thalhammer
Forschungszentrum für Umwelt und Gesundheit (GSF), München-Neuherberg
Telefon 089/3187-28 93
stefan.thalhammer@gsf.de
Prof. Dr. Achim Wixforth
Institut für Physik der Universität Augsburg
Lehrstuhl für Experimentalphysik I
Telefon 0821/598-3300
achim.wixforth@physik.uni-augsburg.de

Klaus P. Prem | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-augsburg.de/

Weitere Berichte zu: Advalytix GSF Physik Submikroliter-Chiplabor Werkzeug

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Zirkuläre RNA wird in Proteine übersetzt
24.03.2017 | Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft

nachricht Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen
24.03.2017 | Universität Bayreuth

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen

Eine internationale Forschergruppe mit dem Bayreuther Biochemiker Prof. Dr. Clemens Steegborn präsentiert in 'Science' neue, für die Biomedizin wegweisende Forschungsergebnisse zur Rolle des Moleküls NAD⁺ bei der Korrektur von Schäden am Erbgut.

Die Zellen von Menschen und Tieren können Schäden an der DNA, dem Träger der Erbinformation, bis zu einem gewissen Umfang selbst reparieren. Diese Fähigkeit...

Im Focus: Designer-Proteine falten DNA

Florian Praetorius und Prof. Hendrik Dietz von der Technischen Universität München (TUM) haben eine neue Methode entwickelt, mit deren Hilfe sie definierte Hybrid-Strukturen aus DNA und Proteinen aufbauen können. Die Methode eröffnet Möglichkeiten für die zellbiologische Grundlagenforschung und für die Anwendung in Medizin und Biotechnologie.

Desoxyribonukleinsäure – besser bekannt unter der englischen Abkürzung DNA – ist die Trägerin unserer Erbinformation. Für Prof. Hendrik Dietz und Florian...

Im Focus: Fliegende Intensivstationen: Ultraschallgeräte in Rettungshubschraubern können Leben retten

Etwa 21 Millionen Menschen treffen jährlich in deutschen Notaufnahmen ein. Im Kampf zwischen Leben und Tod zählt für diese Patienten jede Minute. Wenn sie schon kurz nach dem Unfall zielgerichtet behandelt werden können, verbessern sich ihre Überlebenschancen erheblich. Damit Notfallmediziner in solchen Fällen schnell die richtige Diagnose stellen können, kommen in den Rettungshubschraubern der DRF Luftrettung und zunehmend auch in Notarzteinsatzfahrzeugen mobile Ultraschallgeräte zum Einsatz. Experten der Deutschen Gesellschaft für Ultraschall in der Medizin e.V. (DEGUM) schulen die Notärzte und Rettungsassistenten.

Mit mobilen Ultraschallgeräten können Notärzte beispielsweise innere Blutungen direkt am Unfallort identifizieren und sie bei Bedarf auch für Untersuchungen im...

Im Focus: Gigantische Magnetfelder im Universum

Astronomen aus Bonn und Tautenburg in Thüringen beobachteten mit dem 100-m-Radioteleskop Effelsberg Galaxienhaufen, das sind Ansammlungen von Sternsystemen, heißem Gas und geladenen Teilchen. An den Rändern dieser Galaxienhaufen fanden sie außergewöhnlich geordnete Magnetfelder, die sich über viele Millionen Lichtjahre erstrecken. Sie stellen die größten bekannten Magnetfelder im Universum dar.

Die Ergebnisse werden am 22. März in der Fachzeitschrift „Astronomy & Astrophysics“ veröffentlicht.

Galaxienhaufen sind die größten gravitativ gebundenen Strukturen im Universum, mit einer Ausdehnung von etwa zehn Millionen Lichtjahren. Im Vergleich dazu ist...

Im Focus: Giant Magnetic Fields in the Universe

Astronomers from Bonn and Tautenburg in Thuringia (Germany) used the 100-m radio telescope at Effelsberg to observe several galaxy clusters. At the edges of these large accumulations of dark matter, stellar systems (galaxies), hot gas, and charged particles, they found magnetic fields that are exceptionally ordered over distances of many million light years. This makes them the most extended magnetic fields in the universe known so far.

The results will be published on March 22 in the journal „Astronomy & Astrophysics“.

Galaxy clusters are the largest gravitationally bound structures in the universe. With a typical extent of about 10 million light years, i.e. 100 times the...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungen

Lebenswichtige Lebensmittelchemie

23.03.2017 | Veranstaltungen

Die „Panama Papers“ aus Programmierersicht

22.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Förderung des Instituts für Lasertechnik und Messtechnik in Ulm mit rund 1,63 Millionen Euro

24.03.2017 | Förderungen Preise

TU-Bauingenieure koordinieren EU-Projekt zu Recycling-Beton von über sieben Millionen Euro

24.03.2017 | Förderungen Preise