forschen 1/2009 - Forschungscluster «Nuclear and Radiation Science

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Seite 74 ▶ forschen Während des Durchtritts durch die Pore wird diese teilweise blockiert und dadurch das Stromsignal reduziert. Es entsteht das Maß für die Länge des Moleküls. ner Nanopore in eine elektrochemische Messzelle zwischen zwei Teilzellen mit einem Elektrolyten, typischerweise einer Salzlösung, z.B. aus Kaliumchlorid, eingebracht. Legt man eine Spannung zwischen den beiden Elektroden in den Teilzellen an, so fließt ein elektrischer Strom zwischen ihnen durch die Nanopore hindurch. Von besonderem Interesse ist dieser Aufbau für die Analytik von Biomolekülen, wie Fragmenten von DNA. Abbildung 4 stellt die Messmethode schematisch dar. In Abb. 4a ist das Messsignal wiedergegeben, nämlich der Strom durch die Nanopore in Abhängigkeit von der Zeit. Der Strom ist konstant und zeigt lediglich ein gewisses Rauschen. Wird nun ein geladenes Molekül in eine der beiden Teilzellen eingebracht, so sorgt das anliegende Potenzial dafür, dass das Molekül im elektrischen Feld durch die Nanopore hindurch in die andere Teilzelle wandert. Abb. 4b illustriert, was während dieser sogenannten Translokation ge- Abbildung 4a und 4b Schematische Darstellung des Messaufbaus und erhaltenen Messsignals bei der Translokation von Molekülen durch eine Nanopore schieht. Während des Durchtritts durch die Pore wird diese teilweise blockiert und dadurch das Stromsignal reduziert. Die Breite des Signals ist ein Maß für die Länge des Moleküls. Auf diese Art ließen sich DNA-Fragmente zuordnen. Sollte sich dieses Konzept technisch umsetzen lassen, so würde damit die komplizierte und zeit- und kostenaufwändige DNA-Analyse möglicherweise revolutioniert. Das Konzept der Blockade des Zellstroms ist auch auf andere Messgrößen anwendbar, z.B. die Temperatur. Die Nanopore kann als Nanoaktuator, der auf Änderungen der Temperatur reagiert, fungieren. Dazu wird die Porenwand mit einem Bündel von Molekülketten belegt, die eine temperaturabhängige Struktur haben. Ab einer bestimmten Temperatur sind die Molekülketten gestreckt und blockieren die Nanopore, so dass der Stromdurchtritt geringer wird. Dieser ist folglich stark temperaturabhängig, und man hat ein „Nanothermometer“ vorliegen. Ein besonders spezifischer biomolekularer Sensor entsteht durch Kombination der Nanopore mit einem Bioerkennungs-Element. Dabei handelt es sich um ein Molekül, das in Analogie zu einem Schloss, zu dem nur ein einziger bestimmter Schlüssel passt, ausschließlich mit einem einzigen speziellen Molekül reagiert. Dies wurde demonstriert mit Hilfe der Paarung Biotin/Streptavidin. Dazu wurde biotinyliertes Poly-Allylamin (b-PAH) an der Porenwand angebracht. Ist nun als zu analysierendes Molekül (Analytmolekül) Streptavidin zugegen, so lagert sich dieses als Rezeptor an das Biotin an. Die Porenoberfläche ist nun mit Streptavidin bedeckt, welches das Biotin abschirmt. Dadurch wird der elektrochemische Charakter der Biotin-bedeckten Nanopore verändert. Diese Veränderung ist auch in kleinsten Konzentrationen des Analytmoleküls messbar. Damit liegt ein sehr empfindlicher und hochspezifischer Sensor vor. Diese Paarung ist nur eine von vielen, so dass man mit dieser Methode die Möglichkeit hat, viele verschiedene Sensoren herzustellen. Zusammenfassung Die Kombination von gezielter lokaler Schädigung durch Bestrahlung mit hochenergetischen schweren Ionen und chemischem Ätzen der Ionenspuren gestattet es, in Polymerfolien Nanoporen mit genau
Wissenschaftsmagazin der TU Darmstadt | Frühjahr 2009 definierten Dimensionen herzustellen. Eine Nanomembran mit hoher Porendichte ist zum Beispiel zum Trennen von Partikeln aus Flüssigkeiten und Gasen geeignet. Eine einzelne konische Pore lässt sich bei geeigneter Modifikation der Porenwand als empfindlichen Sensor für Moleküle, pH-Wert, Temperatur u.a. verwenden. Solche Nanoporen stellen biomimetische Bauteile dar, die im Gegensatz zu empfindlichen biologischen Nanoporen robust und kompatibel mit Messtechnik sind. Es kann daher davon ausgegangen werden, dass Nanoporen in Zukunft vielfältig zum Einsatz gelangen werden. Seite 75 ◀ The European Space Agency provides for and promotes cooperation amongst European States in space science, research and technology and their space applications. ESA works exclusively for peaceful purposes. For over three decades the 18 countries of ESA have been pooling their resources to create a dynamic programme of space exploration and technology. Europe‘s most brilliant scientists and skilled engineers have brought space into our lives through diverse and dynamic means, in the fi elds of : - Exploration of the solar system and deep space - Launchers - Human space fl ight and space laboratories - Earth observation and meteorology - Satellite communications - Satellite navigation systems. ESA is organised in a number of key “centres”- ESA is headquartered in Paris. ESA’s technology centre (ESTEC) is located in Holland. The data processing centre (ESRIN) is located in Italy. The astronaut centre (EAC) and the satellite operations centre (ESOC) are located in Germany. The European Space Agency is continuously looking to recruit aerospace, electrical and mechanical engineers, IT specialists, physicists, mathematicians, astronomers, and astrophysicists. Types of employments encompass a variety of areas: research and development, project support, project management, spacecraft operations and data retrieval and exploitation. ESA/ESOC Robert-Bosch-Str. 5 · 64293 Darmstadt - Germany Telefon + 49 - 6151 90 2016 · Telefax.:+ 49 - 6151 90 2871 www.esa.int Wolfgang Ensinger leitet das Fachgebiet Chemische Analytik an der TU Darmstadt. Schwerpunkte: Herstellung und Charakterisierung von Materialien, darunter Nanokanäle und -drähte, in Kooperation mit der GSI. Reinhard Neumann leitet die GSI-Abteilung Materialforschung, die sich mit Schwerioneninduzierten Materialveränderungen und ihren vielfältigen Anwendungen befasst. ANZEIGE
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