Waage für einzelne Biomoleküle

Grenoble (Frankreich)/Pasadena (USA) - Das Gewicht eines einzigen Moleküls konnten Physiker eines internationalen Teams mit einer winzigen Balkenwaage mechanisch bestimmen. Dazu analysierten sie die Schwingungen, die durch das Andocken des Moleküls auf einem mikroskopisch kleinen Draht entstanden. Diese Methode hat das Potenzial, medizinische Diagnosen oder die Schadstoffsuche in Luftproben weiter zu verfeinern, berichten die Forscher in der Fachzeitschrift „Nature Nanotechnology“.

Nanostruktur mit symmetrischer Struktur und Hebeln an beiden Seiten.
Mikrowaage

Als Testobjekt wählten die Wissenschaftler vom Laboratoire d'électronique des technologies de l'information (CEA-LETI) in Grenoble und vom California Institute of Technology in Pasadena das Biomolekül Immunoglobulin M. In einer Vakuumkammer setzte sich dieser Antikörper auf den filigranen Draht, der wie eine Brücke zwischen zwei Elektroden eingespannt war. Je nach Masse und Andockpunkt versetzte das Molekül die Mikrobrücke in Schwingungen. Abhängig von der Art der Schwingungen erzeugten angeschlossene piezoelektrische Elemente kleine elektrische Spannungen, aus denen die Forscher auf die genaue Masse des Moleküls zurückschließen konnten.

Die erste mechanische Waage für Atome und Moleküle ist diese Erfindung allerdings nicht. Schon vor vier Jahren gelang es Forschern, die Masse eines Goldatoms über schwingende Nanoröhrchen aus Kohlenstoff bis auf einige Yoktogramm genau zu wiegen. Das entspricht einer Grammangabe mit 23 Nullen hinter dem Komma. Doch da Änderungen des Stromflusses im Nanoröhrchen analysiert wurden, war der Einsatz dieser Atomwaage auf leitfähige Atome beispielsweise aus Metall beschränkt. Die nun entwickelte Methode eignet sich auch für weniger leitfähige biologische Moleküle.

Zudem fertigten die Forscher ihre neue Waage mit etablierten lithografischen Verfahren. Dadurch könne sie sowohl günstig produziert als auch in bereits verfügbare Präzisionswaagen integriert werden. Mögliche Anwendungen sehen die Forscher für schnelle Analysen von Blutproben, um beispielsweise den Verlauf einer Therapie beurteilen zu können. Doch auch Schadstoffe in Luft und Wasser könnten sich mit solchen Waagen leichter identifzieren lassen.