Diagnostik für alle

Mikroarrays sind moderne molekularbiologische Untersuchungssysteme, die die schnelle und parallele Diagnose von unterschiedlichen Krankheiten ermöglichen. Sie sind daher für die Erforschung neuer Impfstoffe unverzichtbar.

Wie bei einem Computerchip sind hier viele Informationen auf kleinstem Raum enthalten. Mikroarrays besitzen auf einer Fläche von wenigen Quadratzentimetern tausende verschiedene Biomoleküle, die in einem einzigen Experiment analysiert werden können. Die Herstellung solcher Mikroarrays war bislang sehr teuer und erforderte komplexe Maschinen.

Kostengünstiges, laserbasiertes Verfahren
Die Arbeitsgruppe um Felix Löffler hat sich daher zum Ziel gesetzt ein kostengünstiges Verfahren zu entwickeln und forscht an neuartigen laserbasierten Technologien zur chemischen Herstellung von Mikroarrays.

Ähnlich wie bei einer Schreibmaschine, können mittels eines Lasers kleinste Polymer-Nanoschichten, die bestimmte Farben bzw. chemische Bausteine enthalten, in fein definierten Mustern übertragen werden.

Anschließend können diese Moleküle durch chemische Reaktionen komplexe künstliche Strukturen erzeugen, die z.B. Teilen eines Krankheitserregers entsprechen. Diese Mikroarrays werden dann für die Erforschung von Impfstoffen oder für Bluttests eingesetzt. Bisher konnte diese Technik jedoch nur von wenigen Spezialisten genutzt werden.

DIY: Mikroarrays selbst gebaut
In Zusammenarbeit der Abteilungen „Biomolekulare Systeme“ und „Kolloidchemie“ präsentieren Eickelmann et al. einen kostengünstigen Ansatz um Mikroarrays herzustellen und zeigen auch eine erste Anwendung in der Kohlenhydratforschung.

Auf Basis eines preiswerten kommerziellen Lasergravierers, der auf einfachen Komponenten der Unterhaltungselektronik (Blu-ray Player) basiert, entwickelten sie ein ganz einfaches System. Zusätzlich bastelten sie aus übrig geblieben Komponenten einen Rotationsbeschichter, der zur Herstellung der (Farb-)Trägerschichten dient.

Somit können alle Schritte zur Herstellung eines Mikroarrays in jedem Chemielabor der Welt ohne weitere Spezialausrüstung durchgeführt werden. Alles in allem betragen die Gesamtkosten für dieses System weniger als 200 Euro. Im Vergleich zu einem herkömmlichen Gerät ist dies 200-mal günstiger.

Felix Löffler, leitender Wissenschaftler, betont: „Das Prinzip eignet sich für viele verschiedene Anwendungen und bietet gleichzeitig großes Potential für die Grundlagenforschung. Es ist sowohl zur parallelisierten Entwicklung von neuen chemischen Reaktionen als auch für die Anwendung in der Krankheitsforschung, zur Synthese von Proteinen, Zuckern sowie DNA geeignet.“

Stephan Eickelmann, Alexandra Tsouka, Jasmin Heidepriem, Grigori Paris, Junfang Zhang, Valerio Molinari, Marco Mende, Felix F. Loeffler:
A Low‐Cost Laser‐Based Nano‐3D Polymer Printer for Rapid Surface Patterning and Chemical Synthesis of Peptide and Glycan Microarrays
Advanced Materials Technologies(2019)
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/admt.201900503