Biosensor testet parallel auf 32 Krankheitserreger

Für den Nachweis von Krankheitserregern in Körperflüssigkeiten werden unter anderem Feldeffekttransistoren (FET) genutzt. Dabei fließt ein definierter elektrischer Strom, der durch das elektrische Potential an der Oberfläche eines Gates reguliert werden kann, das wie ein Ventil wirkt. Krankheitsrelevante Biomoleküle binden sich an die Gate-Oberfläche, das elektrische Potential verändert sich, auch die Stromstärke. Die Veränderungen sind abhängig von den vorhandenen Krankheitserregern. Bei Krebszellen zum Beispiel entsteht eine andere Stromstärke als bei Grippeviren. Allerdings muss das Testsystem nach Gebrauch komplett entsorgt werden – das ist teuer und umweltschädlich.

Ein Ziel von Dr. Larysa Baraban und ihren Kollegen vom Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, HZDR, war es daher, die Potentialänderungen nicht direkt auf der Oberfläche des Transistors zu messen, sondern an einer separaten Elektrode, die mit dem Gate des Transistors verbunden ist. „Das gibt uns die Möglichkeit, den Transistor mehrfach zu nutzen. Wir separieren das Gate und sprechen von einem ‚Extended Gate‘ – also einer Erweiterung des Testsystems“, so Baraban.

Außerdem sollten mit dem neuen System mehrere Analysen gleichzeitig durchgeführt werden. Deshalb erweiterten die Wissenschaftler das System auf 32 Test-Pads. „Das bedeutet, dass eine Probe gleichzeitig auf jedem einzelnen der Pads bezüglich eines anderen Krankheitserregers getestet werden kann“, erklärt Baraban.

Die Funktionsweise ihres Biosensors testeten die Wissenschaftler erfolgreich an Interleukin-6 (IL-6), einem Molekül, das sowohl bei Erkältungen als auch bei Krebserkrankungen in jeweils unterschiedlichen Konzentrationen vorkommt. Um die Sensitivität der Tests zu steigern, nutzte das Team um Baraban zudem Nanostrukturen, denn Nanopartikel konzentrieren oder lokalisieren die Ladung, um das Spannungssignal zu verstärken. Für die Forschung sind bereits fertige Nanopartikel-Kits erhältlich. Daher steht einem Einsatz des neue Testsystems in der Praxis eigentlich nichts im Wege. Im Vergleich zu bisher angewendeten Technologien ist es sogar schneller und spart Kosten. Fehlt also nur noch der Industriepartner.

Das Ergebnis ihrer Arbeit veröffentlichten die Wissenschaftler in Biosensors and Bioelectronics