Elektrostatische Felder können einzelne Moleküle festhalten und bieten völlig neue Analysemöglichkeiten für Biologen und Materialforscher

Elektrofalle für Proteine und Nanoteilchen

Zürich (Schweiz) - Wer Erbgutstränge, Proteine oder Viren genauer untersuchen will, muss diese winzigen Objekte irgendwie greifen und festhalten können. Im Ansatz schaffen das heute optische Pinzetten mit gekreuzten Laserstrahlen, versagen jedoch bei Partikelgrößen unterhalb von 100 Nanometern. Für diesen Bereich entwickelten Forscher nun eine pfiffige Falle, die winzige Nanopartikel und Biomoleküle mit elektrostatischen Feldern einfangen kann. Ihre Entdeckung, die zu einem vielseitigen Werkzeug für Molekularbiologen avancieren könnte, präsentieren sie in der Zeitschrift "Nature".

"Diese Methode ermöglicht den kontaktfreien Einschluss von Proteinen und Markomolekülen", schreiben Madhavi Krishnan und seine Kollegen von der Eidgenössischen Technischen Hochschule in Zürich. Für ihre Falle ritzten sie in Siliziumdioxid winzige Kanäle mit einem Durchmesser von Zehntel Mikrometern. Abgedeckt durch eine Glasscheibe, die sich elektrostatisch auflädt, können Nanopartikel in einer Flüssigkeit durch diese Kanäle treiben. Über ein extrem exaktes Justieren der elektrostatischen Felder gelang es, Nanopartikel aus Gold, Kunststoff oder Fettmolekülen in den Kanälen zu bremsen und quasi in der Flüssigkeit schweben zu lassen. Diese Teilchen konnten so für viele Stunden ohne direkten Kontakt an einem Ort festgehalten werden.

Mit dieser elektrostatischen Pinzette können auch Biomoleküle wie Proteine oder Erbgutsequenzen berührungslos und entsprechend schonend eingefangen werden. So ließe sich beispielsweise das Faltverhalten von DNA-Fäden genauer untersuchen oder Proteine von nur wenigen Nanometern Größe sortieren und manipulieren. Da sich diese Fallen relativ einfach herstellen und bedienen lassen, können sich Krishnan und Kollegen eine rasche Weiterentwicklung zu einem einsatzreifen Werkzeug für Molekularbiologen vorstellen. "Mit diesen Technik können wir die Eigenschaften von isolierten Objekten untersuchen und die Anwendungen reichen über die Biologie bis zur Materialforschung, um neue Werkstoffe auf der Nanoskala zusammenzusetzen", sagt Krishnan.