Ein Labor aus Tropfen

Zwischen einer Blutentnahme und dem Nachweis einer bestimmten Erbgutsequenz stehen normalerweise stundenlange Laboruntersuchungen. Nur 17 Minuten benötigt dagegen ein elegantes “Tropfenlabor”, das Forscher in Singapur ersonnen haben. Statt immer wieder Flüssigkeit von einem Reaktionsgefäß in ein anderes zu übertragen, ziehen sie ein Bluttröpfchen per Magnet nacheinander durch Tropfen verschiedener Reagenzien.

Das Minilabor besteht aus Tropfen auf einer Glasplatte, durch die ein magnetisches Tröpfchen gezogen wird. Foto: Pipper et al./Angewandte Chemie

Dank der geringen Flüssigkeitsvolumina läuft das Durchmischen, Erhitzen und Abkühlen in den Tropfen sehr schnell ab, berichten die Forscher um Jürgen Pipper vom Institute of Bioengineering and Nanotechnology im Fachblatt “Angewandte Chemie”. Ein weiterer Vorzug ihres Tropfenlabors: Zusammengesetzt aus einem ausgeschlachteten CD-Laufwerk und anderen einfachen Bauteilen, ist es ausgesprochen kostengünstig und robust.

Pipper und Kollegen demonstrieren ihre Technik an einem Bluttröpfchen aus der Fingerkuppe eines Teammitglieds. In das Tröpfchen geben sie 30 genetisch veränderte Kulturzellen und superparamagnetische Polymerpartikel, die mit Antikörpern gegen eben diese Zellen gespickt sind. Nach kurzer Wartezeit bewegen sie einen Magneten von dem Bluttropfen weg: Als Folge löst sich daraus ein lediglich 250 Nanoliter fassendes Tröpfchen, das die Magnetpartikel und sämtliche Zielzellen enthält.

Das Probetröpfchen wird aus dem Bluttropfen und durch den ersten Waschtropfen gezogen. Bilder: Pipper et al./Angewandte Chemie

Dieses Tröpfchen ziehen die Forscher nacheinander durch zwei Tropfen Waschlösung und schließlich durch einen Tropfen, der die Zutaten für das Aufbrechen der Zellen und für eine Polymerase-Kettenreaktion zum Nachweis der eingeschleusten DNA enthält.

Bei dieser Reaktion werden DNA-Doppelstränge durch Erhitzen in Einzelstränge gespalten, die in einer Abkühlphase wiederum als Ausgangspunkte für die Synthese neuer Doppelstränge dienen. In Pippers Tropfenlabor dauert ein solcher Zyklus lediglich 8 Sekunden und wird bewerkstelligt, indem das Probetröpfchen im Kreis über verschiedene Heizelemente gezogen wird. Auf diese Weise können binnen Minuten bis zu 80 Reaktionszyklen ablaufen - und damit eine massive Vervielfachung der gesuchten DNA.

Forschung: Jürgen Pipper, Yi Zhang, Pavel Neuzil und Tseng-Ming Hsieh, Institute of Bioengineering and Nanotechnology, Singapur

Veröffentlichung Angewandte Chemie, Vol. 120(21), pp 3964-8, DOI 10.1002/ange.200705016

WWW:
Institute of Bioengineering and Nanotechnology, Singapur
Animation der Polymerase-Kettenreaktion

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