Das laut eigenen Angaben "erste neuartige elektrische Messgerät für Studien des Zellinnern seit den 1960er Jahren" stellte jetzt eine Forschergruppe um Charles Lieber von der Harvard University vor: ein gebogener Nanodraht, den die Forscher mit Transistoreigenschaften versahen, so dass er unter anderem elektrische Signale aus Herz- und Nervenzellen erfassen kann. Vorteil des Apparats ist vor allem seine geringe Größe. Mit einem Durchmesser von lediglich 15 Nanometern ist er um Größenordnungen kleiner als herkömmliche Sonden.
Allein dadurch verletzt er die Zelle weniger als gängige Apparate, berichten die Wissenschaftler. Mit einem Mantel aus einer Phospholipid-Doppelschicht umhüllt, wie sie in ähnlicher Form auch natürliche Zellen umgibt, hätten sich schließlich überhaupt keine Verletzungen mehr ausmachen lassen – selbst nach mehreren Messungen. Das Instrument werde dann regelrecht von der Zelle in das Innere gezogen und müsse nicht hineingestoßen werden.
Nanodraht mit Kniff | Mit dem Winkel voran wird der Draht in die Zelle geschoben, bis er aus dem Transistorbereich (orange) in das Untersuchungsobjekt ragt. Als Source- und Drain-Elektroden des Transistors fungieren die beiden "Kanten" des Dreiecks. Dargestellt ist auch die Lipiddoppelmembran. Sie bewirkt, dass das Instrument von der Zelle wie andere, natürlicherweise im Körper vorkommende makroskopische Objekte aufgenommen wird.
Um den Siliziumdraht biegen zu können, verwendete das Forscherteam ein bereits zuvor entwickeltes Verfahren, das 60-Grad-Knicke in das normalerweise kerzengerade wachsende Gebilde einbringt. Dazu wird der Draht an vorher festgelegten Zeitpunkten seines Wachstums veränderten Bedingungen ausgesetzt.
Fremdatome, die an den Übergangsstellen eingebaut werden, modifizieren die Eigenschaften begrenzter Abschnitte des Drahtes so, dass er als Feldeffekttransistor verwendet werden kann. Das macht ihn schließlich zu einem Messinstrument: Ändern sich die elektrischen Eigenschaften des Zellmilieus oder dessen pH-Wert, schlägt sich dies im Stromfluss nieder, der an den beiden Enden des Drahtes abgenommen wird.
Nanodraht in Aktion | Die Aufnahme zeigt die Größenverhältnisse: Das kleine Dreieck an der Spitze der gebogenen Halterung ist das eigentliche Messinstrument.
Ihr System habe mehrere Vorteile gegenüber herkömmlichen Verfahren wie der Patch-Clamp-Technik, so die Autoren: Unter anderem sei der Messvorgang einfach zu bewerkstelligen, kontaminiere die Zelle nicht mit Lösungen und habe eine hohe räumliche und zeitliche Auflösung. Die Forscher arbeiten bereits daran, den Draht mit Sensormolekülen zu versehen, die sich an Substanzen in der Zelle anheften und damit deren Anwesenheit verraten. (jd)
Quellen
Links im Netz
Lexika
Tian, B. et al.: Three-Dimensional, Flexible Nanoscale Field-Effect Transistors as Localized Bioprobes. In: Science 329, S. 830–834, 2010.
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