Biomoleküle gezielt aus dem Trüben fischen

Ein modernes automatisches Minilabor muss viele Funktionen beherrschen: Mikrofluidische Komponenten befördern die zu untersuchende Lösung zu winzigen optischen Messzellen. Sie bestimmen möglichst selektiv die Art und möglichst genau die Konzentrationen weniger zuvor festgelegter Inhaltsstoffe. Photodetektoren leiten die Messsignale zur Datenverarbeitung. Von dort erhält ein externer Rechner schließlich die Messwerte – und das womöglich drahtlos. Ein solches Minilabor wird derzeit in BIOMIC entwickelt. Am EU-Projekt Bioanalytical System Based on an Optical Biochip kooperieren acht Forschungsteams in Griechenland, Dänemark, Italien und am Fraunhofer-Institut für Biomedizinische Technik IBMT. Das Basismaterial ist Silicium. Beachtlich, dass alle zentralen Funktionen mit neun Sensoren daraus gefertigt werden können und auf einem quadratischen Chip mit gerade einmal sechs Millimetern Kantenlänge Platz haben.

Innerhalb der kommenden Jahre soll der Chip Marktreife erlangen. Bereits der heute vorliegende Prototyp ist in der Lage, zeitlich kurz hintereinander acht verschiedene Substanzen nachzuweisen. »Meist handelt es sich um Proteine oder Erbgutfragmente«, erklärt Dr. Hans-Heinrich Ruf, Leiter der IBMT-Gruppe Biosensorische Mikrosysteme. »Damit eignet sich der Biochip für verschiedene Bereiche der biochemischen Analytik. Insbesondere denken wir an die Prozessüberwachung etwa in der Pharma- und Lebensmittelindustrie und das Monitoring von umweltrelevanten Stoffen. Bei Untersuchungen in Medizinlabors und Arztpraxen sind rasche Antworten für therapeutische Entscheidungen besonders wichtig.«

Auf der Oberfläche der Sensorelemente – zwei Millimeter kurze integrierte Lichtleiter aus Siliciumnitrid – sind Fängermoleküle fest verankert. Diese Oligonukleotide oder Antikörper verbinden sich nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip spezifisch mit den zu ihnen passenden Substanzen im flüssigen Analyten. Sich bildende Molekülkomplexe beeinflussen die Intensität des roten Lichts im Inneren der Lichtleiter, wobei die Änderung direkt proportional zu deren Konzentration ist. »Das Prinzip klingt zunächst einfach, die Herausforderung liegt jedoch in der Beschichtung«, verrät Dr. Eva Ehrentreich-Förster von der IBMT-Abteilung Molekulare Bioanalytik und Bioelektronik. »Wir haben eine neue Methode entwickelt, mit der Fängermoleküle in Linien auf die Lichtleiter gedruckt werden können.« Mit dieser und weiteren Entwicklungen ist der Fraunhofer-Verbund Life Science auf der MEDTEC in Halle 4 vertreten. Die Messe findet vom 9. bis 11. März in Stuttgart statt.