Diagnostik für alle

Mit handelsüblichen elektronischen Bauteilen lassen sich Mikroarrays für schnelle Diagnosen 200-mal kostengünstiger herstellen als bislang

14. Oktober 2019

Eine kostengünstige Maschine zur Herstellung von Mikroarrays präsentieren Forschende des Potsdamer Max-Planck-Instituts für Kolloid- und Grenzflächenforschung. Für das Gerät, mit dem sich Testmoleküle auf Chips aufbringen lassen, verwenden sie Komponenten eines handelsüblichen Lasergravierers. Das System für die Produktion von Mikroarrays, die etwa für die Erforschung neuer Impfstoffe notwendig sind, kostet daher nur noch 200 Euro.

Herstellung eines Mikroarrays mit dem kostengünstigen Do-It-Yourself Aufbau. Der Laser aus einem Blu-ray Player überträgt winzige Mengen an Biomolekülen zielgenau auf eine Oberfläche mit bis zu 2 500 Punkten pro Quadratzentimeter.

Mikroarrays sind moderne molekularbiologische Untersuchungssysteme, die die schnelle und parallele Diagnose von unterschiedlichen Krankheiten ermöglichen. Sie sind daher etwa für die Erforschung neuer Impfstoffe unverzichtbar. Wie bei einem Computerchip sind hier viele Informationen auf kleinstem Raum enthalten. Mikroarrays besitzen auf einer Fläche von wenigen Quadratzentimetern tausende verschiedene Biomoleküle, die in einem einzigen Experiment analysiert werden können. Die Herstellung solcher Mikroarrays war bislang jedoch sehr teuer und erforderte komplexe Maschinen.

Kostengünstiges, laserbasiertes Verfahren
Eine Arbeitsgruppe um Felix Löffler, Forscher am Max-Planck-institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung, hat sich daher zum Ziel gesetzt, ein kostengünstiges Verfahren zu entwickeln, und forscht an neuartigen laserbasierten Techniken zur chemischen Herstellung von Mikroarrays. Ähnlich wie bei einer Schreibmaschine übertragen dabei Laser kleinste Polymer-Nanoschichten, die bestimmte Farben beziehungsweise chemische Bausteine enthalten, in fein definierten Mustern. Anschließend können diese Moleküle durch chemische Reaktionen komplexe künstliche Strukturen erzeugen, die zum Beispiel Teilen eines Krankheitserregers entsprechen. Diese Mikroarrays werden dann für die Erforschung von Impfstoffen oder für Bluttests eingesetzt. Bisher konnte diese Technik jedoch nur wenige Spezialisten nutzen.

DIY: Mikroarrays selbst gebaut
In einer Zusammenarbeit der Institutsabteilungen "Biomolekulare Systeme" und "Kolloidchemie" präsentiert das Team nun einen kostengünstigen Ansatz für die Produktion von Mikroarrays und zeigt auch eine erste Anwendung in der Kohlenhydratforschung. Auf Basis eines preiswerten kommerziellen Lasergravierers, der auf einfachen Komponenten der Unterhaltungselektronik, genauer gesagt eines Blu-ray Players, basiert, entwickelten sie ein ganz einfaches System. Zusätzlich bastelten sie aus übrig geblieben Komponenten einen Rotationsbeschichter, der zur Herstellung der (Farb-)Trägerschichten dient. Somit können alle Schritte zur Herstellung eines Mikroarrays in jedem Chemielabor der Welt ohne weitere Spezialausrüstung durchgeführt werden. Alles in allem betragen die Gesamtkosten für dieses System weniger als 200 Euro. Im Vergleich zu einem herkömmlichen Gerät ist dies 200-mal günstiger.

Felix Löffler, leitender Wissenschaftler, betont: „Das Prinzip eignet sich für viele verschiedene Anwendungen und bietet gleichzeitig großes Potential für die Grundlagenforschung. Es ist sowohl zur parallelisierten Entwicklung von neuen chemischen Reaktionen als auch für die Anwendung in der Krankheitsforschung, zur Synthese von Proteinen, Zuckern sowie DNA geeignet.“

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