Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Chemiker entwickeln neuartige Nanosensoren zum Nachweis von Proteinen und Viren

31.07.2013
Teststreifen mit Gold-Nanopartikel als Sensorelemente können zahlreiche Proteine gleichzeitig erkennen / Neues Konzept für potenzielle Anwendungen in der Medizin, Umwelttechnik oder Nahrungsmittelkontrolle

Chemiker an der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) haben ein neues Verfahren zur Detektion von Proteinen entwickelt, das prinzipiell Hunderte oder Tausende von Proteinen und damit auch Viren gleichzeitig nachweisen kann. Der Nachweis gelingt selbst dann, wenn nur kleinste Probemengen vorliegen, er ist außerordentlich kostengünstig und schnell durchzuführen.


Docken Proteine an die spezifisch funktionalisierten Nanopartikel an, so ändern die Sensorelemente ihre Farbe. Quelle: Institut für Physikalische Chemie, JGU

„Die Technik könnte in der Medizin beispielsweise die schnelle Diagnose zahlreicher Krankheiten ermöglichen. Die Anwendung wäre fast so einfach wie bei einem Schwangerschaftsteststreifen“, so Univ.-Prof. Dr. Carsten Sönnichsen vom Institut für Physikalische Chemie. Bei dem Test wird ein Tropfen Blut, Speichel oder andere Körperflüssigkeit auf einen kleinen Messstreifen aufgebracht und in ein Gerät gesteckt, das zu diesem Zweck am Institut für Physikalische Chemie der JGU entwickelt wurde. Es erkennt, welche Eiweiße konkret in der Flüssigkeit vorliegen. So könnten gefährliche Krankheitserreger schnell und zuverlässig von harmlosen Keimen unterschieden werden.

Um viele Inhaltsstoffe in einer kleinen Probe nachzuweisen, muss der Sensor so klein wie möglich sein, vorzugsweise so klein wie Nanopartikel. Die Wissenschaftler um Sönnichsen haben daher einen Sensor entworfen, der nicht größer ist als ein Stecknadelkopf, auf der Fläche von einem Zehntel Quadratmillimeter aber hundert verschiedene Einzeltests unterbringen kann. Dieser „Teststreifen“ besteht aus einer Glaskapillare, der auf der Innenseite Gold-Nanopartikel als Sensorelemente anhaften.

„Zuerst werden unsere Nanopartikel jeweils mit einem kurzen DNA-Strang präpariert, der Proteine ganz spezifisch bindet“, erklärt der Entwickler der Funktionalisierungsmethode, Janak Prasad. Dockt ein Protein an einen dieser speziellen DNA-Stränge, sogenannte Aptamere, an, so ändern die Nanopartikel ihre Farbe. Diese Farbänderung kann mit einem Spektrometer festgestellt werden. Die Glaskapillare wird dazu in ein Mikroskop eingelegt, das von den Mainzer Chemikern entwickelt, aufgebaut und mit der entsprechenden Software ausgestattet wurde.

„Wir zeigen hier einen neuen Ansatz, wie man mit einem Multiplexverfahren mehrere Proteine gleichzeitig erkennen kann, indem eine Flüssigkeit an den zufällig platzierten Gold-Nanostäbchen vorbeifließt“, erläutert die Erstautorin der Studie, Christina Rosman. Mit vier unterschiedlichen Zielproteinen haben die Wissenschaftler aus der Physikalischen Chemie die grundsätzliche Machbarkeit des neuen Konzepts demonstriert, die Empfindlichkeit für Konzentrationen im Nanomolbereich nachgewiesen und die Reaktivierung und mehrmalige Wiederverwendung der Sensoren bestätigt. „Wir schätzen, dass unser Konzept potenziell auf die gleichzeitige Detektion von Hunderten oder Tausenden von Zielsubstanzen ausgebaut werden kann“, heißt es in der Veröffentlichung im Fachjournal Nano Letters vom Juni 2013. Eine kostengünstige Serienproduktion der Sensoren ist denkbar, wenn sie mit fortschrittlichen Nanofabrikationsmethoden wie Nano-Prägung oder optischen Fallen hergestellt würden.

Mögliche Einsatzgebiete für gleichzeitige Tests in einem Vorgang sind mannigfaltig: Die kostengünstigen Sensoren könnten in Arztpraxen eingesetzt werden, um direkt vor Ort beispielsweise unterschiedliche Grippeviren zu bestimmen. Weiterhin würde sich die Technik eignen, um bestimmte toxische Stoffe in der Umwelt oder Nahrung aufzuspüren, insbesondere in Flüssigkeiten wie Milch oder Babynahrung. Auch andere Stoffe wie Dopingmittel, Drogen oder Ähnliches wären schnell und einfach nachzuweisen.

Die Forschungsarbeiten zu dem Protein-Sensor wurden unter anderem durch die Exzellenz-Graduiertenschule Materials Science in Mainz (MAINZ) und das Projekt „SingleSense“ des European Research Council (ERC) gefördert.

Veröffentlichung:
Christina Rosman et al.
Multiplexed Plasmon Sensor for Rapid Label-free Analyte Detection
Nano Letters, 21. Juni 2013
DOI: 10.1021/nl401354f
Weitere Informationen:
Univ.-Prof. Dr. Carsten Sönnichsen
Institut für Physikalische Chemie
Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU)
D 55099 Mainz
Tel. +49 6131 39-20639 (Sekretariat) oder +49 6131 39-24313 (direkt)
Fax +49 6131 39-26747
E-Mail: carsten.soennichsen@uni-mainz.de
Weitere Informationen:
http://www.uni-mainz.de/presse/57174.php - Pressemitteilung ;
http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nl401354f - Artikel in Nano Letters

Petra Giegerich | idw
Weitere Informationen:
http://www.nano-bio-tech.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Zebras: Immer der Erinnerung nach
24.05.2017 | Senckenberg Forschungsinstitut und Naturmuseen

nachricht Wichtiges Regulator-Gen für die Bildung der Herzklappen entdeckt
24.05.2017 | Universität Basel

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: Orientierungslauf im Mikrokosmos

Physiker der Universität Würzburg können auf Knopfdruck einzelne Lichtteilchen erzeugen, die einander ähneln wie ein Ei dem anderen. Zwei neue Studien zeigen nun, welches Potenzial diese Methode hat.

Der Quantencomputer beflügelt seit Jahrzehnten die Phantasie der Wissenschaftler: Er beruht auf grundlegend anderen Phänomenen als ein herkömmlicher Rechner....

Im Focus: A quantum walk of photons

Physicists from the University of Würzburg are capable of generating identical looking single light particles at the push of a button. Two new studies now demonstrate the potential this method holds.

The quantum computer has fuelled the imagination of scientists for decades: It is based on fundamentally different phenomena than a conventional computer....

Im Focus: Tumult im trägen Elektronen-Dasein

Ein internationales Team von Physikern hat erstmals das Streuverhalten von Elektronen in einem nichtleitenden Material direkt beobachtet. Ihre Erkenntnisse könnten der Strahlungsmedizin zu Gute kommen.

Elektronen in nichtleitenden Materialien könnte man Trägheit nachsagen. In der Regel bleiben sie an ihren Plätzen, tief im Inneren eines solchen Atomverbunds....

Im Focus: Turmoil in sluggish electrons’ existence

An international team of physicists has monitored the scattering behaviour of electrons in a non-conducting material in real-time. Their insights could be beneficial for radiotherapy.

We can refer to electrons in non-conducting materials as ‘sluggish’. Typically, they remain fixed in a location, deep inside an atomic composite. It is hence...

Im Focus: Hauchdünne magnetische Materialien für zukünftige Quantentechnologien entwickelt

Zweidimensionale magnetische Strukturen gelten als vielversprechendes Material für neuartige Datenspeicher, da sich die magnetischen Eigenschaften einzelner Molekülen untersuchen und verändern lassen. Forscher haben nun erstmals einen hauchdünnen Ferrimagneten hergestellt, bei dem sich Moleküle mit verschiedenen magnetischen Zentren auf einer Goldfläche selbst zu einem Schachbrettmuster anordnen. Dies berichten Wissenschaftler des Swiss Nanoscience Institutes der Universität Basel und des Paul Scherrer Institutes in der Wissenschaftszeitschrift «Nature Communications».

Ferrimagneten besitzen zwei magnetische Zentren, deren Magnetismus verschieden stark ist und in entgegengesetzte Richtungen zeigt. Zweidimensionale, quasi...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Meeresschutz im Fokus: Das IASS auf der UN-Ozean-Konferenz in New York vom 5.-9. Juni

24.05.2017 | Veranstaltungen

Diabetes Kongress in Hamburg beginnt heute: Rund 6000 Teilnehmer werden erwartet

24.05.2017 | Veranstaltungen

Wissensbuffet: „All you can eat – and learn”

24.05.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Hochspannung für den Teilchenbeschleuniger der Zukunft

24.05.2017 | Physik Astronomie

3D-Graphen: Experiment an BESSY II zeigt, dass optische Eigenschaften einstellbar sind

24.05.2017 | Physik Astronomie

Optisches Messverfahren für Zellanalysen in Echtzeit - Ulmer Physiker auf der Messe "Sensor+Test"

24.05.2017 | Messenachrichten