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Single protein nanobiosensor grid array

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Verwendung der Nanotechnologie bei der Geruchsanalyse

Neuste Errungenschaften im Bereich der Signalübertragung haben die Möglichkeit eröffnet, einen Miniatur-Biosensor zu entwickeln, der den Geruchssinn von Säugetieren nachahmt. Als vielversprechende Alternative zu herkömmlichen analytischen Techniken könnte solch ein Biosensor der Lebensmittelindustrie helfen, Gerüche genau nachzubilden, um den Anforderungen an das Produkt und den Ansprüchen der Konsumenten gerecht zu werden.

Industrielle Technologien

Indem man Biomoleküle mit herkömmlichen elektrischen Wandlern verbindet, können molekulare bioelektronische Systeme geschaffen werden, die eines Tages in einer Vielzahl von Anwendungen wie zum Beispiel Biosensoren verwendet werden können. Um das Leistungsvermögen von natürlichen Biosensoren, die Gerüche wahrnehmen können, zu verbessern, wurde im Rahmen des europäischen SPOT-NOSED-Projekts solch ein Biosensorarray im Nanomaßstab entwickelt. Bei der Entwicklung des Biosensors wurden die elektrischen Eigenschaften einzelner Geruchsrezeptoren ausgenutzt. Trifft ein Duftmolekül auf den Geruchsrezeptor, werden die konformativen Änderungen sowie Änderungen der Impedanz des Proteins von Nanoelektroden registriert. Um einen bioelektronischen Geruchssensor zu entwickeln, der in der Lage ist, eine große Bandbreite von Gerüchen zu identifizieren, wurde immobilisiertes biosensitives Material mit Wandlern, die biologische Signale in quantitativ messbare, elektrische Signale konvertieren können, kombiniert. Der Biosensorarray im Nanomaßstab verfügt über eine Reihe von elementaren Nanowandlern, die jeweils aus Edelmetall-Nanoelektroden mit einem einzelnen, dazwischen liegenden Geruchsrezeptor bestehen. Edelmetallsubstrate aus Platin (Pt), Gold (Au) und Silber (Ag) wurden als geeignete Materialien identifiziert, da sie leicht den Anwendungsanforderungen angepasst werden können. Die Nanoelektroden wurden am Centro National de Microelectrónica (CNM) in Barcelona hergestellt. Bei der Herstellung kamen Standardverfahren wie die Nanolithografie und die Elektronenstrahllithografie zum Einsatz. Die hergestellten Nanoelektroden und Nanoelektrodenarrays haben einen Durchmesser von weniger als 500nm bis ungefähr 1000nm. Die elektrochemische Zelle für die lokale Messung der Impedanz war aus drei Elektroden aufgebaut und besaß ein Volumen von 5ml, die Gegenelektrode bestand aus Platin. Die Polarisation der Arbeitselektrode aus Silber wurde mithilfe einer gesättigten Kalomel-Referenzelektrode (GKE) festgelegt. Intensive Labortests haben gezeigt, dass dieser neuartige Geruchs-Biosensor selbst kleinste Konzentrationen von Duftmolekülen registrieren kann, und dies mit einer Genauigkeit, die selbst die anfänglichen Erwartungen der Forscher übertraf. Projektpartner des SPOT-NOSED-Projekts beabsichtigen, die Forschungsarbeit fortzuführen und geeignete elektronische Instrumente zu entwickeln, die im Bereich der Rasterkraftmikroskopie zum Einsatz kommen können, um Messungen im Nanometermaßstab durchführen zu können.

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