Mit winzigen Röhrchen aus Kohlenstoff lassen sich schon kleinste Mengen einer gesuchten Erbsubstanz nachweisen

Nanosensor mit DNS-Molekülen

Stuttgart - Welche Viren oder Mikroben Krankheitssymptome auslösen, verrät ihre Erbsubstanz, die DNS. Doch da die DNS der Erreger nur in Spuren im menschlichen Blut vorliegt, müssen die Moleküle isoliert, vervielfältigt und unter dem Mikroskop nachgewiesen werden. Das kann bei einer akuten Infektion oder einer drohenden Epidemie wertvolle Zeit kosten. Ein Team des Stuttgarter Max-Planck-Instituts für Festkörperforschung hat deshalb Sensoren aus Kohlenstoffnanoröhrchen entwickelt, mit denen sich Blutproben schnell und einfach auf einzelne Krankheitserreger testen lassen.

Die Röhrchen messen weniger als einen Nanometer und bestehen aus einem aufgerollten Netz von Kohlenstoffatomen. Ihre sonst sehr gute Leitfähigkeit ändert sich prompt, wenn Moleküle an die Oberfläche binden und so die dortige Elektronendichte verändern. Auf dem Sensorchip liegen mehrere solcher Röhrchen zwischen zwei Elektroden, die mit einem Messgerät verbunden sind. Fließt biologische Flüssigkeit durch den Chip, können Moleküle an die Kohlenstoffoberfläche andocken, die Änderung in der Leitfähigkeit wird registriert und mit Hilfe einer Referenzelektrode genau bestimmt.

Damit die Sensoren nur auf einen bestimmten, bereits bekannten Krankheitserreger ansprechen, hefteten die Forscher um Kannan Balasubramanian Einzelstränge der gesuchten DNS an die Röhrchen. Die Stränge können nur mit Teilen der Erreger-DNS eine Doppelhelix bilden. Wie das Andocken weiterer Moleküle ändert auch der Zusammenschluss der Moleküle die Leitfähigkeit. Mit chemischen Verfahren kann die DNS wieder abgelöst und der Sensor erneut verwendet werden. Herkömmliche Verfahrensschritte - wie die Vervielfältigung der DNS durch Polymerase-Kettenreaktion oder die Untersuchung unter einem Fluoreszenzmikroskop - sind nicht nötig.

Balasubramanian und seine Kollegen testeten ihren Sensor zunächst mit synthetischer Lösung. In 30 Mikrolitern konnte er 2000 Moleküle nachweisen - das entspricht einer sehr geringen Konzentration an Krankheitserregern. Als Nächstes wollen die Forscher biologische Flüssigkeiten untersuchen. "Wir glauben, dass die Methode so weit verfeinert werden kann, dass noch weit geringere Konzentrationen, im Extremfall sogar einzelne Moleküle nachgewiesen werden können", sagt Balasubramanian. Ziel ist es, einen handygroßes mobiles Diagnosegerät zu entwicken, dass in Krankenhäusern eingesetzt werden kann oder in Gebieten, wo eine Epidemie droht.