Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Technologie zur Vervielfältigung von Gensequenzen um Echtzeitdetektion erweitert

09.07.2010
Die Polymerase Chain Reaction (PCR) ermöglicht als einzige Technologie, Gensequenzen für Vergleiche wie Vaterschaftstests, in der Phorensik oder als Erregernachweis oder Nach­weise für die Medikamentenforschung, die Spurenanalyse etc. zu vervielfältigen.

Ein neu­artiger Probenträger, ein Echtzeit-Detektionsverfahren und das entsprechende Laborgerät für ein neuartiges PCR-Verfahren entwickelten Wissenschaftler des Fraunhofer IPA im Rahmen eines vom BMBF geförderten Kooperationsprojekts. Das array-basierte Polymerase-Ketten­reaktionverfahren weist gegenüber etablierten Verfahren eine 100- bis 10 000-fach höhere Aussagekraft auf.

Gegenwärtige Entwicklungen auf dem PCR-Markt zielen auf schnellere Analysen, niedrigere Probenvolumina (Kosten) und bessere Automatisierbarkeit ab, stoßen aber zu­mindest hinsichtlich der Zeit und der Volumina an physikalische Grenzen, weshalb bei ihrer Effizienz keine großen Steigerungen zu erwarten sind.

Etablierte Echtzeit-PCR-Verfahren können in einer 25-µl-Probe die Ausgangskopienzahl von ein bis sechs DNA-Bruchstücken (oder Gensequenzen) bestimmen. Das patentierte Nested-on-Chip-PCR-Verfahren (NOC-PCR-Verfahren), bei dem die 25-µl-Probe über einen Micro-Array mit bis zu 10 000 Punkten pipettiert wird, kann durch die so ge­won­nene Ortsauflösung die DNA-Probe auf bis zu 10 000 Eigenschaften oder Gensequenzen untersuchen. Leider ist hierbei bisher keine Beobachtung in Echtzeit und damit keine Bestimmung der Ausgangskopienzahl, sondern nur eine binäre Aussage, d. h. ob eine Gensequenz in der Probe vorhanden ist oder nicht, möglich gewesen.

Ziel des Projekts war es also, das existierende und äußerst vielversprechende NOC-PCR-Verfahren um eine Echtzeitdetektion zu erweitern. Dieses Ziel wurde von den Projekt­partnern Baden Biotech, Clemens GmbH, Boehringer Ingelheim MicroParts, Congen Biotechnologie GmbH und dem Fraunhofer IPA verfolgt. Das Fraunhofer IPA zeichnete hierbei für die Entwicklung des Probenträgers, der optischen Detektionseinheit und die Gesamtintegration verantwortlich.

Eine besondere Schwierigkeit bei der Entwicklung bereitete das Detektionsverfahren. Bei der hier gegebenen Anordnung von gedruckten Punkten und der flüssigen Probe darüber konnten die üblichen Verfahren nicht eingesetzt werden. Denn die flüssige Probe oder der Überstand enthalten dieselben durch Laser anregbare Leuchtmoleküle, so genannte Fluorophore, wie die nachzuweisenden, an die gedruckten Punkte gebundenen Reaktionsprodukte. So sind Reaktionsprodukte und Ausgangsstoffe nicht voneinander zu unterscheiden, entsprechend ist auch keine Analyse möglich.

In einem ersten Schritt haben die Forscher des Fraunhofer IPA verhindert, dass das Laserlicht in den Überstand eindringt und so die Flüssigkeit zum Leuchten anregt. Aufgrund eines physikalischen Phänomens ist die Strahlung in einer ganz dünnen, ca. 500 Milliardstel Meter dicken Schicht noch immer stark genug, um die Fluorophore anzuregen. So wird sichergestellt, dass nur die Reaktions­pro­dukte in den Punkten, nicht aber die Flüssigkeit darüber leuchten. Die Leuchtintensität in den einzelnen Punkten hängt nun davon ab, wie viele passende Gensequenzen in der Probe waren und wie oft diese vervielfältigt wurden.

Aus der zeitabhängigen Fluoreszenz der einzelnen Punkte, die mit einem Kamerasystem gemessen wird, kann dann auf die Ausgangskopienzahl von bis zu 10 000 Gensequenzen in einer einzigen 25-µl-Probe geschlossen werden.

Im Projekt wurden ein für diese Anordnung und diese Messmethode ausgelegter Probenträger oder Chip, eine optische Detektionseinheit und der dafür geeignete PCR-Cycler und die entsprechende Steuer- und Auswertesoftware ent­wickelt. In einem nächsten Schritt werden Gerät und Verfahren am Fraunhofer IPA optimiert und auf ihre Leistungsfähigkeit untersucht.

Ihr Ansprechpartner für weitere Informationen:
Dipl.-Phys. Axel Wechsler
Telefon +49 711 970-1581
axel.wechsler@ipa.fraunhofer.de

Hubert Grosser | Fraunhofer-Institut
Weitere Informationen:
http://www.ipa.fraunhofer.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Symbiose-Bakterien: Vom blinden Passagier zum Leibwächter des Wollkäfers
28.04.2017 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz

nachricht Forschungsteam entdeckt Mechanismus zur Aktivierung der Reproduktion bei Pflanzen
28.04.2017 | Universität Hamburg

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: TU Chemnitz präsentiert weltweit einzigartige Pilotanlage für nachhaltigen Leichtbau

Wickelprinzip umgekehrt: Orbitalwickeltechnologie soll neue Maßstäbe in der großserientauglichen Fertigung komplexer Strukturbauteile setzen

Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Bundesexzellenzclusters „Technologiefusion für multifunktionale Leichtbaustrukturen" (MERGE) und des Instituts für...

Im Focus: Smart Wireless Solutions: EU-Großprojekt „DEWI“ liefert Innovationen für eine drahtlose Zukunft

58 europäische Industrie- und Forschungspartner aus 11 Ländern forschten unter der Leitung des VIRTUAL VEHICLE drei Jahre lang, um Europas führende Position im Bereich Embedded Systems und dem Internet of Things zu stärken. Die Ergebnisse von DEWI (Dependable Embedded Wireless Infrastructure) wurden heute in Graz präsentiert. Zu sehen war eine Fülle verschiedenster Anwendungen drahtloser Sensornetzwerke und drahtloser Kommunikation – von einer Forschungsrakete über Demonstratoren zur Gebäude-, Fahrzeug- oder Eisenbahntechnik bis hin zu einem voll vernetzten LKW.

Was vor wenigen Jahren noch nach Science-Fiction geklungen hätte, ist in seinem Ansatz bereits Wirklichkeit und wird in Zukunft selbstverständlicher Teil...

Im Focus: Weltweit einzigartiger Windkanal im Leipziger Wolkenlabor hat Betrieb aufgenommen

Am Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) ist am Dienstag eine weltweit einzigartige Anlage in Betrieb genommen worden, mit der die Einflüsse von Turbulenzen auf Wolkenprozesse unter präzise einstellbaren Versuchsbedingungen untersucht werden können. Der neue Windkanal ist Teil des Leipziger Wolkenlabors, in dem seit 2006 verschiedenste Wolkenprozesse simuliert werden. Unter Laborbedingungen wurden z.B. das Entstehen und Gefrieren von Wolken nachgestellt. Wie stark Luftverwirbelungen diese Prozesse beeinflussen, konnte bisher noch nicht untersucht werden. Deshalb entstand in den letzten Jahren eine ergänzende Anlage für rund eine Million Euro.

Die von dieser Anlage zu erwarteten neuen Erkenntnisse sind wichtig für das Verständnis von Wetter und Klima, wie etwa die Bildung von Niederschlag und die...

Im Focus: Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität

Neue Erfindung der Universitäten Bielefeld und Tromsø (Norwegen)

Physiker der Universität Bielefeld und der norwegischen Universität Tromsø haben einen Chip entwickelt, der super-auflösende Lichtmikroskopie, auch...

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Internationaler Tag der Immunologie - 29. April 2017

28.04.2017 | Veranstaltungen

Kampf gegen multiresistente Tuberkulose – InfectoGnostics trifft MYCO-NET²-Partner in Peru

28.04.2017 | Veranstaltungen

123. Internistenkongress: Traumata, Sprachbarrieren, Infektionen und Bürokratie – Herausforderungen

27.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Über zwei Millionen für bessere Bordnetze

28.04.2017 | Förderungen Preise

Symbiose-Bakterien: Vom blinden Passagier zum Leibwächter des Wollkäfers

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie

Wie Pflanzen ihre Zucker leitenden Gewebe bilden

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie