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Mit winzigen Blinklichtern Moleküle nachgewiesen

Von Rainer Scharf

Ein amerikanischer Student hat ein preisgekröntes Verfahren entwickelt, das chemische Stoffe mit großer Empfindlichkeit nachweisen kann. Winzige blinkende Kügelchen spielen dabei eine entscheidende Rolle.

Fluoreszierende Farbstoffe machen es möglich, noch geringste Substanzmengen, ja sogar einzelne Moleküle aufzuspüren. Schon ein einzelnes Farbstoffmolekül verrät sich durch sein Fluoreszenzleuchten, wenn es von einem Laserstrahl getroffen wird. Um zum Beispiel bestimmte Biomoleküle nachzuweisen, die auf der Zelloberfläche sitzen, setzt man die Zelle solchen Farbstoffmolekülen aus, die sich mit den Biomolekülen verbinden können. Überall dort wo die Zelloberfläche dann im Laserlicht aufleuchtet, hält eines der Biomoleküle ein Farbstoffmolekül fest.

Oft ist das Fluoreszenzleuchten der Farbstoffe aber zu schwach oder das störende Hintergrundleuchten zu stark, um mit diesem Verfahren noch geringe Substanzenmengen nachweisen zu können. Doch Jeffrey Anker, ein Physikstudenten der Universität von Michigan, hat zusammen mit seinem Betreuer Raoul Kopelman eine originelle Lösung dieses Problems gefunden. Wenn das Hintergrundleuchten unveränderlich bleibt, der Farbstoff jedoch wie ein Blinklicht pulsierend leuchtet, dann lässt er sich viel besser aufspüren. Dazu reicht es aber nicht, den Farbstoff mit pulsierendem Laserlicht zu bestrahlen, da dann auch das Hintergrundleuchten pulsieren würde.

(Bild)
Eine blinkende Nanosonde unter einem stark fluoreszierenden Blatt. (Quelle: Anker, University of Michigan)

Stattdessen benutzt Jeff Anker Mikrometer große Polystyrolkugeln, die ferromagnetisches Material enthalten. Die Kugeln werden auf einer Seite mit einer Aluminiumschicht überzogen. Auf der anderen Seite werden die Farbstoffmoleküle angebracht. Setzt man die Kugeln einem rotierenden Magnetfeld aus, so drehen sie sich mit. Trifft ein Laserstrahl die Kugeln, so leuchten sie nur dann auf, wenn die mit den Farbstoffmolekülen besetzte Seite dem Laserlicht zugewandt ist. Die Kugeln blinken deshalb wie ein Leuchtfeuer im Takt des rotierenden Magnetfeldes. Dieses pulsierende Fluoreszenzsignal lässt sich sogar noch aus einem tausendfach stärkeren aber zeitlich konstanten Hintergrund herausfiltern.

Für magMOON, die "magnetisch modulierte optische Nanosonde", hat Jeff Anker im letzten Herbst einen mit 20.000 US-Dollar dotierten Preis erhalten, der jährlich für wegweisende wissenschaftlich-technische Entwicklungen an den Universitäten und Colleges der USA vergeben wird. Schon jetzt zeichnen sich zahlreiche Anwendungen des Verfahrens ab, vor allem in Biologie und Medizin.  

Quelle
Jeffrey N. Anker und Raoul Kopelman, Magnetically modulated optical nanoprobes, Appl. Phys. Lett. 82, 1102 (2003).
http://dx.doi.org/10.1063/1.1544435

Kontakt
Raoul Kopelman, E-Mail: kopelman@umich.edu
http://www.umich.edu/~michchem/faculty/kopelman/
Jeffrey Anker, E-Mail: janker@umich.edu

Kopelman Laboratory, University of Michigan
http://www.umich.edu/~koplab/

Collegiate Inventors Competition 2002 Grand Prize Winners:
http://www.invent.org/collegiate/2002winners.html

 

pro-physik.de v. 21.2.2003

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