Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

ETH Zürich entwickelt kleinste Spritze der Welt

26.06.2009
Wissenschaftler vom Institut für Biomedizinische Technik der ETH Zürich haben eine Nanospritze entwickelt, mit welcher Medikamente, DNA und RNA in eine einzelne Zelle injiziert werden können, ohne diese zu verletzen. Neben biologischen Anwendungen könnte das Verfahren auch zur Produktion von Mikroelektronik verwendet werden.

Eigentlich wollte Dr. Tomaso Zambelli das Rasterkraftmikroskop (Atomic Force Microscope, kurz AFM) wie üblich dazu nutzen, einzelne Zellen abzubilden. Zu-sammen mit seinen Kollegen vom Institut für biomedizinische Technik der ETH Zürich bemerkte er jedoch, dass alle Teile vorhanden sind, um eine Nanospritze zu entwickeln.

Entstanden ist aus dieser Idee das "Fluid force microscope" (FluidFM), die zurzeit kleinste, automatisierte Spritze der Welt. Vorgestellt wurde die Neuentwicklung der Gruppe von János Vörös, Professor am Institut für Biomedizinische Technik der ETH Zürich, im Wissenschaftsmagazin Nano Letters.

Fingerspitzengefühl gefragt
Das Einwirken auf einzelne Zellen erfordert viel manuelles Geschick: Über Glasmikropipetten, die mit Hilfe eines Mikromanipulators unter einem lichtstarken Mikroskop bedient werden, spritzt man der Zelle einen potentiellen Wirkstoff. Mit derselben Apparatur können feinste elektrische Signale in der Zelle gemessen werden, woraus sich Rückschlüsse auf die Aktivität von Proteinen der Membran ziehen lassen. Für diese Experimente müssen die Forschenden viel Erfahrung mitbringen: Das Verfahren ist fehleranfällig und oft werden die Zellen bei solchen Untersuchungen beschädigt.

Zambelli hat vom klassischen AFM die ultra-spitze Messnadel und die sensitive Kraftkontrolle über einen Laserstrahl übernommen. Diese Technologie kombinierte er mit den Erfahrungen von CSEM SA Neuchâtel, welches auf Mikrofabrikation spezialisiert ist und eine der Kernkomponenten des Systems herstellt: Im Verbindungsstück von der Messnadel zum Steuerungsgerät - dem sogenannten Cantilever - haben die Wissenschaftler einen Mikrokanal von 500 Nanometern Durchmesser verlegt, der es erlaubt, Flüssigkeiten und Lösungen über die Messnadel in eine Zelle einzuspritzen. Die Öffnung an der Nadelspitze hat einen Durchmesser von 200 Nanometern (500 Mal kleiner als der Durchmesser eines menschlichen Haares). Über diese Spitze können Medikamentenwirkstoffe, DNA oder RNA in eine Zelle injiziert werden. Die Auswirkungen dieser Injektionen lassen sich dann beobachten. Im Gegensatz zum herkömmlichen manuellen System, kann dabei die Kraft der Nadel auf die Zelle so präzise dosiert werden, dass diese nicht unnötig verletzt wird.

Virus in einzelne Zelle gespritzt
Die Forschenden haben gemeinsam mit verschiedenen Professoren des Biologie-Departments der ETH Zürich nach Anwendungen des FluidFM gesucht. Zusammen mit der Gruppe von Ari Helenius vom Institut für Biochemie der ETH Zürich testete man zum Beispiel, wie ein Virus in eine einzelne Zelle eindringt. Als nächstes versuchen sie, eine exakte Probe aus einer Zelle zu entnehmen.

Mit Hilfe dieser Technologie können auch schwache elektrische Signale gemessen werden. Mit einem integrierten System wäre es möglich, einzelne Zellen während der Injektion von Wirkstoffen in Echtzeit zu beobachten - alles mit ein und derselben Apparatur. "Für die Biologie und die Pharmaforschung wäre dies ein riesiger Fortschritt. Damit würden erstmals vollautomatisierte Selektionsverfahren ermöglicht, mit welchen die Folgen von Medikamentenwirkstoffen auf Membranproteine beobachtet werden könnte", erläutert Zambelli.

Spritze für Mikrochips
Vielversprechend ist das FluidFM nicht nur im Hinblick auf Anwendungen in der Biologie, sondern auch in der Physik, Chemie und den Materialwissenschaften. Besonders für die Produktion von immer stärker miniaturisierten Mikrochips und Mikrosensoren eröffnen sich durch das "Fluid force microscope" neue Möglich-keiten. Über die hohle Messnadel könnte zum Beispiel eine hauchdünne Metallspur aufgetragen und so elektrische Schaltungen im Nanometer-Massstab aufgebaut werden.

Die beiden Doktoranden Michael Gabi und Pascal Behr aus Zambellis Team möchten das Gerät im eigens dafür gegründeten ETH-Spin-off "Cytosurge" selbständig zur Marktreife weiterentwickeln. Bereits heute stehen zwei Prototypen des Gerätes in Zambellis Labor, die gemeinsam mit Biologen getestet werden.

Originalbeitrag: A. Meister et al.: FluidFM: Combining Atomic Force Microscopy and Nanofluidics in a Uni-versal Liquid Delivery System for Single Cell Applications and Beyond. Nanoletters. 2009; 9: 2501-2507. DOI: 10.1021/nl901384x

Franziska Schmid | idw
Weitere Informationen:
http://www.ethlife.ethz.ch/archive_articles/090626_nanoinjection_sch/index
http://www.ethz.ch

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Medizintechnik:

nachricht Auf die richtige Verbindung kommt es an: Tiefe Hirnstimulation bei Parkinsonpatienten individuell anpassen
22.06.2017 | Charité – Universitätsmedizin Berlin

nachricht Forschungsprojekt BabyLux: Neues Messinstrument schützt Frühgeborene vor Gehirnschädigungen
12.06.2017 | Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Medizintechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Can we see monkeys from space? Emerging technologies to map biodiversity

An international team of scientists has proposed a new multi-disciplinary approach in which an array of new technologies will allow us to map biodiversity and the risks that wildlife is facing at the scale of whole landscapes. The findings are published in Nature Ecology and Evolution. This international research is led by the Kunming Institute of Zoology from China, University of East Anglia, University of Leicester and the Leibniz Institute for Zoo and Wildlife Research.

Using a combination of satellite and ground data, the team proposes that it is now possible to map biodiversity with an accuracy that has not been previously...

Im Focus: Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur

Hitzewellen in der Arktis, längere Vegetationsperioden in Europa, schwere Überschwemmungen in Westafrika – mit Hilfe des deutsch-französischen Satelliten MERLIN wollen Wissenschaftler ab 2021 die Emissionen des Treibhausgases Methan auf der Erde erforschen. Möglich macht das ein neues robustes Lasersystem des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnologie ILT in Aachen, das eine bisher unerreichte Messgenauigkeit erzielt.

Methan entsteht unter anderem bei Fäulnisprozessen. Es ist 25-mal wirksamer als das klimaschädliche Kohlendioxid, kommt in der Erdatmosphäre aber lange nicht...

Im Focus: Climate satellite: Tracking methane with robust laser technology

Heatwaves in the Arctic, longer periods of vegetation in Europe, severe floods in West Africa – starting in 2021, scientists want to explore the emissions of the greenhouse gas methane with the German-French satellite MERLIN. This is made possible by a new robust laser system of the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT in Aachen, which achieves unprecedented measurement accuracy.

Methane is primarily the result of the decomposition of organic matter. The gas has a 25 times greater warming potential than carbon dioxide, but is not as...

Im Focus: How protons move through a fuel cell

Hydrogen is regarded as the energy source of the future: It is produced with solar power and can be used to generate heat and electricity in fuel cells. Empa researchers have now succeeded in decoding the movement of hydrogen ions in crystals – a key step towards more efficient energy conversion in the hydrogen industry of tomorrow.

As charge carriers, electrons and ions play the leading role in electrochemical energy storage devices and converters such as batteries and fuel cells. Proton...

Im Focus: Die Schweiz in Pole-Position in der neuen ESA-Mission

Die Europäische Weltraumagentur ESA gab heute grünes Licht für die industrielle Produktion von PLATO, der grössten europäischen wissenschaftlichen Mission zu Exoplaneten. Partner dieser Mission sind die Universitäten Bern und Genf.

Die Europäische Weltraumagentur ESA lanciert heute PLATO (PLAnetary Transits and Oscillation of stars), die grösste europäische wissenschaftliche Mission zur...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Von Batterieforschung bis Optoelektronik

23.06.2017 | Veranstaltungen

10. HDT-Tagung: Elektrische Antriebstechnologie für Hybrid- und Elektrofahrzeuge

22.06.2017 | Veranstaltungen

„Fit für die Industrie 4.0“ – Tagung von Hochschule Darmstadt und Schader-Stiftung am 27. Juni

22.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Radioaktive Elemente in Cassiopeia A liefern Hinweise auf Neutrinos als Ursache der Supernova-Explosion

23.06.2017 | Physik Astronomie

Dünenökosysteme modellieren

23.06.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Makro-Mikrowelle macht Leichtbau für Luft- und Raumfahrt effizienter

23.06.2017 | Materialwissenschaften