Molekularer Zweifarbendruck
Nanopipette mit zwei Kammern erzeugt Mikrostrukturen aus Biomolekülen
Das Wappen der Universität Cambridge und ein Porträt des Wissenschaftlers Isaac Newton als bunt fluoreszierende Bilder im Mikromaßstab: Spielerei, was britische Forscher da betreiben? Nein, eine "Fingerübung" ernsthafter Wissenschaft. Für moderne analytische und diagnostische Verfahren en miniature ist es notwendig, mit hoher Präzision Mikrostrukturen aus verschiedenen Biomolekülen auf winzigen Trägern zu fixieren. David Klenerman und sein Team von der University of Cambridge und vom Imperial College (London) konnten mit ihren Mini-Kunstwerken beweisen, dass ihr neuartiger "molekularer Zweifarbendruck" zur Herstellung feinst aufgelöster Mikrostrukturen geeignet ist.
Die neue Methode basiert auf dem gleichen Prinzip wie die Rastersondenmikroskopie. Eine extrem feine Spitze fährt eine Oberfläche in sehr geringer Entfernung ab. Herzstück des neuen "Zweifarbdrucks" ist eine gläserne Nanopipette, deren Inneres durch eine Membran in zwei Kammern geteilt wird, die mit zwei verschiedenen Lösungen befüllt werden können. In beiden Kammern befindet sich eine Elektrode, über die eine Spannung angelegt wird. Diese Spannung hat die Aufgabe, die Pipettenspitze in einem definierten Abstand zur Oberfläche des zu "bedruckenden" Trägers zu justieren. Wenn die Pipette sehr nahe an eine Oberfläche kommt, tritt ein Flüssigkeitstropfen aus der Spitze - zwischen den beiden Elektroden fließt nun ein Strom, der vom Abstand abhängt.
Für ihre Tests verwendeten die Forscher eine Tinte aus DNA-Molekülen, die einen "Klebstoff" tragen, ein kleines Molekül, das wie bei einem Zwei-Komponenten-Kleber spezifisch an ein Protein bindet, mit dem der zu bedruckende Träger beschichtet wurde. Außerdem wurde ein Fluoreszenzfarbstoff an die DNA geknüpft. Die zwei Kammern der Pipette wurden mit zwei verschiedenen DNA-Farbstoff-Tinten gefüllt, einer rot und einer grünen fluoreszierenden. Woher weiß die Pipette, welche Farbe gerade dran ist? Über die Spannung, die an den Elektroden der beiden Kammern anliegt. Eine Elektrode ist negativ, die andere positiv geladen. Die DNA-Moleküle werden von der positiven Elektrode angezogen und in der Kammer festgehalten, nur die Tinte der Kammer mit der negativen Elektrode kann austreten. Soll die Farbe gewechselt werden, wird die Spannung einfach umgepolt. Punkt für Punkt tupften die Forscher nun die Farbstoffe auf den Träger. Abstufungen der Farbintensität sind möglich, indem die entsprechenden Stellen unterschiedlich lange oder mehrfach betupft werden. Der gelbe Farbton im Universitätswappen entsteht, wenn roter und grüner Farbstoff übereinander aufgetragen werden. Da beide Farbstoffe aus der selben Pipettenspitze treten, kann wesentlich präziser gearbeitet werden als bei Verfahren mit verschiedenen Pipetten.
Originalveröffentlichung: D. Klenerman; "Two-Component Graded Deposition of Biomolecules with a Double-Barreled Nanopipette"; Angewandte Chemie 2005.
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