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Biomaterialien: Laser schreibt Linsen aus Protein

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Mit Hilfe eines Lasers haben chinesische Forscher flexibel verstellbare optische Linsen aus Protein hergestellt. Die Linsen bestehen aus vernetztem Rinderserumalbumin (BSA) und verändern ihre Form und ihren Brechungsindex, wenn sich der pH-Wert der Lösung ändert. Ein Team um Hong-Bo Sun von der Jilin University stellte die Linsen her, indem die Forscher deren Form mit einem Laser in eine konzentrierte Lösung des Proteins einschrieben. Durch die Laserstrahlung reagieren die Moleküle miteinander und bilden ein transparentes Hydrogel.

Proteine sind nicht nur billig in großen Mengen verfügbar, auch ihre Eigenschaften lassen sich präzise einstellen und sie sind absolut biokompatibel. Um für optische Anwendungen geeignet zu sein, müssen Linsen allerdings innerhalb geringer Toleranzen präzise geformt sein. Das ist mit Proteingelen nur schwer zu erreichen. Sun und Kollegen meisterten das Problem, indem sie eine Lösung des Proteins mit kleinen Mengen Methylenblau mischten, das unter Laserstrahlung sehr kurzlebige Radikale erzeugt.

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Flexible Proteinlinse | Je nach pH-Wert ändert die Linse ihren Wassergehalt und damit auch ihre Krümmung, und der Brennpunkt verschiebt sich. Der Vorgang ist vollständig reversibel. Aus: Sun et al., Dynamically Tunable Protein Microlenses, Angew. Chem. 10.1002/ange.201105925, 2011.

Die von diesen Radikalen ausgelösten chemischen Reaktionen bleiben eng auf den Zielpunkt des Laserpulses beschränkt, so dass die Forscher die Linsenform präzise Punkt für Punkt in die Proteinlösung hineinschreiben konnten. Mit optimierten Werten für Proteinkonzentration, Pulsdauer und Strahlungsintensität stellten sie so Proteinlinsen her, die den Anforderungen für optische Anwendungen genügen. Steuern lässt sich die Form der Linsen über den pH-Wert, mit dem sich die Ladung der Proteine ändert. Dadurch nimmt das Gel mal mehr, mal weniger Wasser auf und ändert so seinen Krümmungsradius – der Brennpunkt verschiebt sich, wie bei einer Augenlinse, die durch Muskeln verformt wird. Die Forscher sehen Anwendungsmöglichkeiten für derartige Systeme in der medizinischen Diagnostik und anderen Bereichen, in denen biokompatible Komponenten gewünscht sind.

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