Selbstorganisation auf einem Chip
Assays mit hohem Durchsatz sind zweifellos der richtige Weg zum maßgeschneiderten Entwurf von Wirkstoffen und Therapien auf Nanoebene. Der Kern eines neuen Systems ist eine Plattform auf Grundlage eines Chips und die anschließende Analyse auf Basis der Stärke der Wechselwirkung zwischen einem Liganden und seinem Rezeptor, was sowohl bei Biomarker-Assays als auch beim Screening auf Leitstrukturen anwendbar ist. Das von der EU geförderte NABIS-Projekt ("Nanobiotechnology with self-organising structures") kombinierte - ausgerüstet mit neuartigen Technologien zum Biochipentwurf - eine Vielzahl von modernsten Nanoverfahren, um ein optimiertes Biochipsystem zu entwickeln. Die Projektwissenschaftler verfolgten mit Hilfe verschiedener Verfahren, die durch das Nanoumfeld und seine Eigenschaften möglich wurden, das Ziel, den Durchsatz von Liganden zu erhöhen und die Kinetik zu verstärken, um nicht nur die Empfindlichkeit sondern auch die Geschwindigkeit zu verbessern. Der Knackpunkt des Biochipdesigns war möglicherweise die Selbstorganisation von Fluiden in ein vorhersagbares Format. Es wurden sowohl Mikroarrays (statisch) als auch mikrofluidische (dynamisch) Systeme eingesetzt, und eine Kombination beider Formate konnte verwendet werden, um Behinderungen und damit verbundene Geschwindigkeitsreduzierungen bei den automatischen Assays mit hohem Durchsatz zu vermeiden. Überdies kann unter Einsatz einer akustischen Wellenmanipulation an der Oberfläche des Chips eine effiziente Fluidbewegung der Nanotröpfchen erzielt werden. Die NABIS-Wissenschaftler steuerten für die Entwicklung hochdichter Arrays die Oberflächenausdehnung in den Nanodomänen, kleinen Gruppen von Atomen innerhalb der Nano-Größendefinition. Selbstorganisierende Polymere auf der vergrößerten Oberfläche von Nanodots bilden Arrays hoher Dichte. Nanodots bildeten außerdem die Basis von Verankerungspunkten, an denen Nanopartikel, wenn sie einem Magnetfeld ausgesetzt werden, zu Bio-Nanodrähten umgewandelt werden. Ein nanoelektrochemisches Detektionssystem könnte mit den Bioassays auf dem Chipformat verbunden werden. Eine optimierter Biochip mit den allerbesten Nanotechnologieverfahren würde noch schneller Diagnoseläufe für die Wirkstoffsuche und -entdeckung, Umweltüberwachung und die personalisierte Medizin bedeuten.