Verräterische Schwellung

15.02.2006: Gel-Linsen im Mikromaßstab könnten zukünftig eine Rolle als Biosensoren für Analytik und Diagnostik übernehmen. Forscher vom Georgia Institute of Technology entwickelten Mikrolinsen, die mit einer Änderung der Brennweite reagieren, wenn die gesuchte Substanz in einer Probe vorhanden ist.

Gele bestehen aus einer dreidimensional vernetzten Matrix, in die eine Flüssigkeit eingelagert ist - etwa Wasser bei den "Hydrogelen". Das Team um L. Andrew Lyon stellte winzige Partikel aus einem Acryl-Kunststoff her, die sich auf einem geeigneten Träger als halbkugelförmige Hydrogel-Linsen ablagern. Als Beispiel-Analyten, den diese Mikrolinsen "erkennen" sollten, wählten die Forscher Biotin, ein kleines Vitamin. Damit die Linsen später auf Biocytin (eine wasserlösliche Variante von Biotin) reagieren, gingen Lyon und seine Mitarbeiter folgendermaßen vor: An die Oberfläche der Linsen knüpften sie im ersten Schritt Biotin-Moleküle und erzeugten zusätzlich spezielle reaktive "Verankerungsplätze". Im zweiten Schritt wurden die so präparierten Linsen mit Biotin-Antikörpern behandelt. Diese binden an die Biotin-Moleküle der Linsenoberfläche. Im dritten Schritt wurden die Linsen mit UV-Licht bestrahlt. Dabei kommt es zusätzlich zu einer festen Verknüpfung zwischen den gebundenen Antikörpern und den Verankerungsplätzen. Diese doppelte Anbindung der Antikörper sorgt für eine stärkere Vernetzung der Gel-Matrix an der Linsenoberfläche, hier kann das Gel nun weniger Wasser aufnehmen und schwillt ab. Die Krümmung der Linse ändert sich und damit auch ihre Brennweite, was sich messen lässt. Die Linse ist im "an"-Zustand. Gibt man nun eine Biocytin-haltige Probe auf eine solche Linse, verdrängt das Biocytin das auf der Linsenoberfläche verankerte Biotin von dessen Bindeplätzen an den Antikörpern und bindet selber daran. Die zusätzliche Vernetzung der Matrix wird aufgehoben, die Linsenoberfläche nimmt Wasser auf und schwillt wieder an, Krümmung und damit Brennweite kehren in den ursprünglichen Zustand zurück - die Linse ist auf "aus" geschaltet. "Die Mikrolinse übernimmt in diesem Biosensorsystem gleichzeitig die Rolle des Antikörper-Trägers, des Signalumwandlers und des Verstärkers," erklärt Lyon.

Über die Zahl der angeknüpften Antikörper lässt sich die Empfindlichkeit der Linsen einstellen. Mit Hilfe einer Anordnung verschieden empfindlicher Mikrolinsen auf einem Chip eröffnen sich Möglichkeiten für die quantitative Analytik.

Originalveröffentlichung: L. A. Lyon et al; "Label-Free Biosensing with Hydrogel Microlenses"; Angewandte Chemie 2006, 118, 1474.