Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme einer Kieselalge.
Corvallis – Forscher der Oregon State University (OSU) haben Kieselalgen mit Nanopartikeln zu einem Sensor kombiniert, der winzige Mengen von Proteinen und anderen Biomarkern nachweisen kann. Solche Biosensoren sind interessant für Anwendungen in der Medizin oder Umwelttechnik. Die Algen-Konstruktion ist hochempfindlich und bietet zudem den Vorteil, dass sie deutlich günstiger in der Herstellung ist als bislang übliche optische Biosensoren, die häufig künstliche photonische Kristalle nutzen.
Besser als künstliche Kristalle
Biosensoren verwenden oft teure photonische Kristalle, da nur diese den erforderlichen komplexen Aufbau ermöglichen. Doch Kieselalgen haben offenbar genau die richtige verschachtelte Struktur, um sie mit Gold- oder Silbernanopartikeln zu Sensoren zu kombinieren. Das ist nicht nur deutlich einfacher, als künstliche Kristalle zu züchten, so Alan Wang, Elektrotechnik-Professor an der OSU. «Aus wirtschaftlicher Sicht bedeutet es viel geringere Kosten, etwa 50 Cent statt 50 Dollar.»
Biosensoren sind nützlich, denn sie können beispielsweise den Blutzuckerspiegel messen und Antikörper oder potenziell umweltschädliche Chemikalien nachweisen. Eine kostengünstige Herstellung ist wichtig, um praktische Einweg-Sensoren für den Alltag zu ermöglichen. Auf die Idee, es mit Kieselalgen zu versuchen, hat Wang der Chemietechnik-Doktorand Jeremy Campbell gebracht. Denn es gibt bereits Teams, die eine Nutzung der Einzeller beispielsweise für Akkus erforschen – doch mit Blick auf Biosensoren ist er der erste.
Stärkeres Nanopartikel-Signal
Die Ergebnisse sind vielversprechend. Algen-Sensoren sind billig und genau. Die Kieselalgen verstärken das Signal der Nanopartikel um den Faktor zehn, die Empfindlichkeit damit auf das Hundertfache. Der neue Biosensor kann laut OSU Substanzen bei einer Konzentration von einem Pikogramm (einem Billionstel Gramm) pro Milliliter nachweisen. Das ist 1.000 Mal besser als in Kliniken gängige optische Sensoren, die Glukose, Proteine oder DANN detektieren. (pte/mc/ps)