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Biosensorik: Aufgedruckte Graphenfolie als empfindlicher Biosensor

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Den Prototyp eines multifunktionalen Biointerface aus Graphen haben Forscher von der Princeton University hergestellt. Das Prinzip erlaubt in Zukunft vielleicht, sensible Nanosensoren einfach und dauerhaft in Geweben zu implantieren und damit Biodaten drahtlos auszulesen, hoffen Michael MacAlpine und seine Kollegen.

Die Forscher haben sich für ihren Prototypen die besonderen Eigenschaften von Graphen zu Nutze gemacht: Die eine Atomlage dicke Schicht aus miteinander verbundenen Kohlenstoffatomen ist sehr stabil und besitzt eine hohe Leitfähigkeit. Diese verändert sich, sobald die Lage mit anderen Molekülen in Kontakt kommt, was Graphen als hochempfindlichen Nanosensor prädestiniert. MacAlpines Team hat eine Graphenfläche nun zunächst auf einen dünnen, bioabbaubaren Seidenfilm aufgedruckt und mit einer winzigen induktiven Spule über kapazitive Elektroden verbunden. Dieses Seiden-Elektroden-Graphen-Konstrukt transferierten die Forscher dann zu Demonstrationszwecken auf den Schmelz eines Backenzahns oder Muskelgewebe, wo es auf Grund von Adhäsionskräften sehr fest haftet.

Anschließend montierten sie Peptide auf die Graphenfläche, welche mit ihrem freien Ende fest an verschiedene Bakterien binden. So entstand ein Sensor, der schon die Anwesenheit eines einzelnen Bakteriums anzeigt: Bindet das Peptid an einen Keim, so ändert dies den Leitwiderstand der Konstruktion messbar, was mit Hilfe der Antennenspule drahtlos von außen überwacht werden kann.

Mit verschiedenen Arten von Biomolekülen als Sensor lassen sich im Prinzip flexibel verschiedene Keime und Substanzen detektieren, so MacAlpine und Co. Zudem hafte die Konstruktion wegen der Elastizität des Graphens auch auf weichen Biomaterialien gut und sei damit vielfältig einsetzbar. Der Prototyp auf dem Backenzahn bewährte sich in ersten Tests schon als Sensor, der kontinuierlich Substanzen in der Atemluft überwachen könnte. Als nächsten Schritt planen die Forscher, ihre Anordnung am lebenden Objekt zu testen. Um einsatzreif zu sein, müssten noch die Bandbreite der Sensormoleküle erhöht und vor allem die elektronischen Komponenten weiter miniaturisiert werden.

13. KW 2012

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 13. KW 2012

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