Steuerpult für Biomoleküle

Werden in Zukunft Moleküle in komplexen biotechnologischen Verfahren so programmiert wie heute mikroelektronische Schaltungen aus Halbleitern? Forscher untersuchen derzeit die Wechselwirkungen zwischen biologischen und elektrischen Informationen. Erkenntnisse und Anwendungen der elektronischen Mikrofluidik rücken eine programmierbare Biotechnologie in greifbare Nähe. Inzwischen ist es in Diagnostik, Genetik und Pharmaentwicklung unabdingbar, winzige Volumina von Probelösungen auf Biochips gezielt bewegen, steuern oder zwischenlagern zu können.

Hierfür werden programmierbare Bioprozessoren an der von Professor John McCaskill geleiteten Forschungseinheit Biomolekulare Informationsverarbeitung BioMIP entwickelt. Auf der vom 1. bis 4. April erstmalig stattfindenden Messe BioAnalytica in München zeigen die Forscher in Halle A6 mehrere Prototypen ihrer Hybridchips, die sie im BMBF-Projekt BioPRO entwickeln. Die Funktion basiert auf einer von BioMIP patentierten Technologie: Kleinste Ansammlungen von Biomolekülen werden von digital gepulsten elektrischen Feldern konzentriert, bewegt und zu geeigneten Reaktionspartnern geleitet.

Eine Kopplung zwischen dem Aufenthaltsort und der Ansteuerung ist inzwischen möglich: Im Mikroskop verfolgt der Wissenschaftler, wie die mit einem Fluoreszenzfarbstoff markierten Biomoleküle fließen und er kann auf Knopfdruck steuernd eingreifen.

»Eine weitere Methode, um Moleküle in solchen Mikrosystemen paketweise und gezielt zu bewegen, setzt auf Transporter«, weiß Dr. Patrick Wagler. »Wir verwenden dazu Partikel, deren Durchmesser kleiner als ein Mikrometer sein können. An ihrer Oberfläche haften DNA-Abschnitte oder andere Biomoleküle.« Wird an die Elektroden eine elektrische Spannung angelegt, lassen sie sich starten, stoppen und über die haarfeinen Kanäle zu gewünschten Positionen auf den Chips transportieren.

»Anwendungen für dynamisch programmierbare Biomodule liegen zurzeit primär im Bereich der Moleküldiagnostik und evolutiven Biotechnologie«, resümiert McCaskill auf seine Weise. »Zukünftig sollen weiterentwickelte Systeme dieser Art noch informationsintensivere Aufgaben lösen.«

Ansprechpartner:
Dr. Patrick Wagler
Telefon 0 22 41 / 14-15 14
Fax 0 22 41 / 14-15 11

Fraunhofer-Forschungseinheit Biomolekulare Informationsverarbeitung BioMIP
Schloss Birlinghoven
53754 Sankt Augustin