News: Elektronischer Kanarienvogel
Schon jetzt schlagen Brandmelder und Gassensoren Alarm, wenn das Leben in Gefahr ist. In Zukunft reagieren diese Warneinrichtungen dank eingebauter lebender Zellen vielleicht noch empfindlicher.
© (Ausschnitt)
Not macht erfinderisch. So nahmen zu früheren Zeiten viele Bergleute einen Kanarienvogel in einem kleinen Käfig mit in die Grube, der durch sein Ableben vor austretendem Gas warnen sollte.
Heute muss unter Tage kein Kanarienvogel mehr für seinen Herrn sterben, denn längst haben elektronische Gaswarnanlagen die Piepmätze abgelöst. Doch auch moderne Alarmsysteme haben ihre Tücken, und so kann das alte Prinzip in bestimmten Situationen durchaus besser vor Gefahren schützen. Yong Huang von der Firma Excellin Life Sciences und seine Kollegen von der University of California in Berkeley besannen sich jedenfalls der alten Methode.
Bevor nun gleich Tierschützer aufschreien, es sei versichert, bei dem neuen System muss kein Tier sterben. Lediglich der Tod einer einzelnen Zelle wird hier in Kauf genommen – aber immerhin, um Leben zu retten. Diese Zelle befindet sich nämlich in einem bionischen Chip, den Huang mit seinem Kollegen Boris Robinsky bereits vor drei Jahren entwickelt hatte. Hier liegt die Zelle in einer leitfähigen Nährlösung direkt oberhalb eines Mikrometer kleinen Lochs, das vollständig von ihr abgedichtet wird. Auch unterhalb des Lochs befindet sich eine elektrisch leitfähige Ionenlösung, sodass sich über zwei ringförmige Elektroden, welche die beiden Flüssigkeitsreservoires einschließen, der Widerstand messen lässt.
Da das Substrat, in welches das winzige Loch gebohrt wurde, nicht leitfähig ist, lässt sich mit dieser Apparatur der elektrische Widerstand der Zelle messen. "Eine der Eigenschaften einer toten Zelle ist, dass sie durchlässig wird", erklärt Rubinsky. Und so maßen die Wissenschaftler tatsächlich kurz nachdem sie ihren Sensoren an einer giftigen Substanz schnuppern ließen, zunächst einen jähen Anstieg im elektrischen Widerstand, der gefolgt war von einem tiefen Einbruch. Auf diesem Niveau blieb die Anzeige. Die Zelle war gestorben.
Auch herkömmliche Methoden setzen auf die Durchlässigkeit der Membranen einer Zelle als Hinweis auf deren Vitalität. So wird ein Farbstoff hinzu gegeben und überprüft, inwieweit dieser in die Zelle eindringt. Der ganze Prozess ist jedoch langwierig und kompliziert, erklärt Rubinsky. Mit der neuen Methode ginge alles viel schneller. "Man kann nicht nur erkennen, ob eine Zelle tot ist oder nicht, es lässt sich auch der Grad der Schädigung feststellen, indem die elektrischen Signale verglichen werden", erzählt Huang. Damit lässt sich eventuell auch etwas über die Todesursache sagen. Schließlich lasse sich der Zellentod auch in Echtzeit verfolgen, was für vielerlei Untersuchungen interessant sein könnte – "eine neue Technologie, die funktioniert wie ein Kanarienvogel auf einem Chip."
Heute muss unter Tage kein Kanarienvogel mehr für seinen Herrn sterben, denn längst haben elektronische Gaswarnanlagen die Piepmätze abgelöst. Doch auch moderne Alarmsysteme haben ihre Tücken, und so kann das alte Prinzip in bestimmten Situationen durchaus besser vor Gefahren schützen. Yong Huang von der Firma Excellin Life Sciences und seine Kollegen von der University of California in Berkeley besannen sich jedenfalls der alten Methode.
Bevor nun gleich Tierschützer aufschreien, es sei versichert, bei dem neuen System muss kein Tier sterben. Lediglich der Tod einer einzelnen Zelle wird hier in Kauf genommen – aber immerhin, um Leben zu retten. Diese Zelle befindet sich nämlich in einem bionischen Chip, den Huang mit seinem Kollegen Boris Robinsky bereits vor drei Jahren entwickelt hatte. Hier liegt die Zelle in einer leitfähigen Nährlösung direkt oberhalb eines Mikrometer kleinen Lochs, das vollständig von ihr abgedichtet wird. Auch unterhalb des Lochs befindet sich eine elektrisch leitfähige Ionenlösung, sodass sich über zwei ringförmige Elektroden, welche die beiden Flüssigkeitsreservoires einschließen, der Widerstand messen lässt.
Da das Substrat, in welches das winzige Loch gebohrt wurde, nicht leitfähig ist, lässt sich mit dieser Apparatur der elektrische Widerstand der Zelle messen. "Eine der Eigenschaften einer toten Zelle ist, dass sie durchlässig wird", erklärt Rubinsky. Und so maßen die Wissenschaftler tatsächlich kurz nachdem sie ihren Sensoren an einer giftigen Substanz schnuppern ließen, zunächst einen jähen Anstieg im elektrischen Widerstand, der gefolgt war von einem tiefen Einbruch. Auf diesem Niveau blieb die Anzeige. Die Zelle war gestorben.
Auch herkömmliche Methoden setzen auf die Durchlässigkeit der Membranen einer Zelle als Hinweis auf deren Vitalität. So wird ein Farbstoff hinzu gegeben und überprüft, inwieweit dieser in die Zelle eindringt. Der ganze Prozess ist jedoch langwierig und kompliziert, erklärt Rubinsky. Mit der neuen Methode ginge alles viel schneller. "Man kann nicht nur erkennen, ob eine Zelle tot ist oder nicht, es lässt sich auch der Grad der Schädigung feststellen, indem die elektrischen Signale verglichen werden", erzählt Huang. Damit lässt sich eventuell auch etwas über die Todesursache sagen. Schließlich lasse sich der Zellentod auch in Echtzeit verfolgen, was für vielerlei Untersuchungen interessant sein könnte – "eine neue Technologie, die funktioniert wie ein Kanarienvogel auf einem Chip."
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