Caltech und CEA-Léti entwickeln eine Nanostruktur zur Identifizierung und Messung von Molekülen

Ein gemeinsames Forscherteam des Caltech (California Institute of Technology) und des CEA-Leti (Labor für Elektronik und Informationstechnologien der französischen Behörde für Atom- und alternative Energien) hat einen mechanischen Sensor entwickelt, mit dem die Masse eines einzelnen Moleküls gemessen werden kann. Die Messung erfolgt über Nano-Komponenten und kann Partikel oder Moleküle in Echtzeit identifizieren. Die Anwendungsbereiche sind vielfältig, z.B. in der medizinischen Diagnostik. Die Fachzeitschrift Nature Nanotechnology berichtete am 26. August 2012 über das neue Instrument.

Das von Forschern des Caltech und des Leti entwickelte Messgerät basiert auf der Verwendung von NEMS (Nano Electro Mechanical System), mit denen sich kleinste Teilchen oder Moleküle aufspüren lassen. Das Messgerät besteht aus einem „Resonanzträger“ aus Silizium und ist nur wenige Mikrometer groß. Setzt sich ein Teilchen oder ein Molekül auf diesem „NanoResonator“ ab, verändert sich die Schwingungsfrequenz in Abhängigkeit von der Masse des Teilchens. Zur genauen Bestimmung der Masse muss seine Position auf dem Messgerät, die ebenfalls die Schwingungsfrequenz beeinflusst, ermittelt werden. Die Forscher konnten so aufzeigen, dass die Analyse der Veränderungen der Schwingungsfrequenz ausreicht, um die Position und die Masse des Teilchens genau zu bestimmen.
Die Funktionsweise dieses neuen Werkzeugs wurde durch das Abwiegen eines Moleküls (das Immunglobulin M oder IgM – ein von den Blutimmunzellen erzeugter Antikörper) demonstriert. Anhand der Messungen der verschiedenen Massen der Moleküle auf dem Sensor konnten die Forscher die unterschiedlichen IgM-Typen in der Probe zählen und identifizieren. Dieses Experiment war nicht nur die erste Analyse eines biologischen Moleküls durch eine Nanostruktur, sondern auch ein wichtiger Schritt, um ihre Verwendbarkeit für biomedizinische Anwendungen zu demonstrieren. In der Zukunft könnte mit diesen Instrumenten das Immunsystem eines Patienten analysiert oder die Diagnose von Autoimmunerkrankungen ermöglicht werden, bei denen z.B. das IgM eine Rolle spielt. Auf längere Sicht könnten Biologen mit diesem Sensor vielleicht sogar die molekularen Mechanismen einer kompletten Zelle untersuchen.

„Dieses Ergebnis zeigt, dass mit der Gründung der Leti Caltech Allianz (2006) eine Struktur geschaffen wurde, in der dank gemeinsam entwickelter Komponenten wissenschaftliche Experimente auf Spitzenniveau durchgeführt werden können“, so Laurent Malier, Direktor der CEA-Leti. Diese Komponenten, die aus Fertigungstechniken der Mikroelektronik stammen, können zudem kostengünstig und in großem Maßstab hergestellt werden.

Quelle: Pressemitteilung der CEA – 29.08.2012 – http://www.cea.fr/le_cea/actualites/pese_molecule-86501

Redakteur: Charles Collet, charles.collet@diplomatie.gouv.fr