20.5.2005, 17:54 Uhr
Nanowaage zählt DNA-Moleküle
Einzelne Bakterien oder sogar Viren können bereits mit Hilfe winziger "Sprungbretter" nachgewiesen werden. Amerikanische und israelische Forscher haben diese Technik jetzt noch weiter entwickelt, sodass sich damit auch einzelne DNA-Moleküle zählen lassen. Ihre Arbeit stellen die Forscher im Fachblatt "Nano Letters" vor.
Harold Craighead von der Cornell University in Ithaca, New York, und seine Kollegen zählten DNA-Stränge, die 1.587 Basenpaare enthielten. Obschon recht große Moleküle, brachten diese lediglich 1,7 Attogramm auf die Waage - entsprechend 1,7 Milliardstel Milliardstel Gramm.
Bild: Copyright Cornell University
Damit sei die Empfindlichkeit des Messsystems jedoch längst noch nicht ausgereizt, ist der Forscher überzeugt. "Allein die Chemie schränkt unsere Fähigkeit ein, bestimmte Moleküle nachzuweisen. Das Masse-Auflösungsvermögen der Methode ist eine Größenordnung besser als bei unseren Versuchen ausgenutzt." Damit erscheine es beispielsweise denkbar, künftig DNA-Analysen an einer einzelnen Zelle durchzuführen.
Die von Craighead und Kollegen eingesetzte Waage besteht aus 90 Nanometer (Millionstel Millimeter) dicken, rund 500 Nanometer breiten und bis zu 5.000 Nanometer langen Silizium-Auslegern über einer Chipoberfläche. Durch einen Laserstrahl werden diese Strukturen zu Schwingungen mit einer Frequenz von 11 bis 12 Megahertz angeregt. Die genaue Frequenz hängt dabei sehr empfindlich von ihrer Masse ab. Befindet sich auf der Spitze eines Auslegers ein DNA-Molekül, sinkt dessen Schwingungsfrequenz um bis zu 194 Hertz - genug, um sogar die Zahl der gebundenen DNA-Moleküle zu ermitteln.
Durch zwei Tricks erhöhten die Forscher die Genauigkeit ihrer Schwing-Waage: Einerseits brachten sie nahe der Auslegerspitze einen winzigen Goldfleck an - eine bevorzugte "Landeplattform" für mit Schwefelgruppen bestückte DNA. Frühere Studien hatten zudem ergeben, dass der Anregungslaserstrahl die Ausleger auch dann in Schwingung versetzt, wenn er einen nahe gelegenen Punkt auf der Chipoberfläche trifft. Daher konnten die Forscher die Ausleger nochmals verkleinern und so deren Schwingungsfrequenz und damit die Empfindlichkeit erhöhen.
Forschung: Rob Ilic, Yanou Yang, Keith Aubin, Rob Reichenbach und Harold G. Craighead, School of Applied and Engineering Physics, Nanobiotechnology Center und Cornell Nanofabrication Facility, Cornell University, Ithaca, New York; Slava Krylov, Department of Solid Mechanics Materials and Systems, Tel Aviv University
Veröffentlicht in Nano Letters, Vol. 5(5), pp 925-9, DOI 10.1021/nl050456k, und Applied Physics Letters, Vol. 86, Artikel 193114, DOI 10.1063/1.1919395
WWW:
Craighead Research Group
Cantilever Sensors
Waage entdeckt einzelne Viren
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