Biologische Mikrobensonden
Das EU-finanzierte Forschungsprojekt "Microbial recognition and adhesion on the nano scale using (BIO-SPM"MICROBIALSPM ) untersuchte die Wechselwirkung zwischen lebenden Escherichia coli (E. coli) und ihrer biotischen (lebenden) und abiotischen (unbelebten) Umwelt. Mit Rastersondenmikroskopie (scanning probe microscopy, SPM) gelang es, physikalische und biochemische Veränderungen bei lebenden E. coli-Bakterien im Nanomaßstab darzustellen. SPM-Verfahren sind u.a. Rasterkraftspektroskopie, Topographieabbildung und biochemische Erkennung, KPFM (Kelvinsondenkraftmikroskopie) und SMM (Rasterkraftmikrowellen-Mikroskopie). Die SPM-Spitzen wurden mit biologisch aktiven Molekülen beschichtet, um die Spezifität im Nanometer- und Pico-Newton-Bereich zu verbessern. Dann wurden Veränderungen der Bakterien und ihrer Oberflächenstruktur bei Kontakt mit biotischen und abiotischen Oberflächen und Besiedelung unter verschiedenen Umgebungsbedingungen analysiert. Unter verschiedenen Kulturbedingungen wurden mit KPFM und SMM Veränderungen der Ladungsverteilung auf der bakteriellen Oberfläche untersucht, um Aufschluss über veränderte Morphologie und Funktion der Bakterien zu erhalten. Auch chemische und mechanische Oberflächeneigenschaften wurden beschrieben, sodass die grundlegenden Mechanismen der biomolekularen Wechselwirkungen nun geklärt sind. Die von MICROBIALSPM entwickelten SPM-Methoden zeichnen sich durch hervorragende Auflösung und Empfindlichkeit aus und erlauben die Beobachtung lebender Zellen oder Systeme unter dynamischen Bedingungen. Die nanoskaligen elektrischen Nachweismethoden für biologische Systeme könnten sich auch für die Entwicklung biologischer Nanosensoren und diagnostischer Nanosonden eignen. Die Projektaktivitäten sind die Basis für weitere Studien zur Pathogenese von Krankheiten und Wirksamkeit von Medikamenten, was von großer Bedeutung auch für die Materialwissenschaften, Oberflächenchemie, Biotechnologie und Pharmaindustrie sein wird.
Schlüsselbegriffe
Bakterien, Sensoren, Medikamente, biologische Rastersondenmikroskopie, Rasterkraftmikroskopie, Mikrowellenmikroskopie, Spezifität, Nanometer, Morphologie, Funktion, elektrische Detektion
