Wichtiger Schritt auf dem Weg zu Fabriken im Nano-Maßstab gelungen Zellmembran als Nano-Fließband - scinexx | Das Wissensmagazin
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Wichtiger Schritt auf dem Weg zu Fabriken im Nano-Maßstab gelungen

Zellmembran als Nano-Fließband

Schützend umhüllen nur wenige Nanometer dicke Membranen jede einzelne Zelle unseres Körpers. Doch Membranen sind keine starren Gebilde, sondern ähnlich dickflüssig wie Olivenöl und zudem höchst dynamisch: Dies hat jetzt ein internationales Forscherteam genutzt. Die Wissenschaftler entdeckten, dass sie die Verteilung von substratgebundenen Membranlipiden durch Schallwellen beeinflussen können.

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Sie zeigen zudem, dass sich mit dieser Methode auch lipidgebundene Proteine an genau vorherbestimmten Stellen konzentrieren, auftrennen und – wie auf einem Förderband – sogar transportieren lassen. Dies könnte einen weiteren wichtigen Baustein für die Realisierung von Fabriken im Nano-Maßstab – Lab-on-a-Chip – liefern, berichtet die Fachzeitschrift „NanoLetters“.

Künstliche Membran

In ihrer neuen Studie brachten die Wissenschaftler zunächst eine nachgebaute biologische Membran auf einen Träger auf. Durch diesen Träger schickten sie dann eine stehende akustische Oberflächenwelle (SAW), die durch die Überlagerung zweier gegenläufiger Wellen auf Piezokristallen erzeugt wurde und an die aufgebrachte Membran koppelte.

Schwingungsbäuche der Welle

Als Folge davon wanderte ein Großteil der Lipide in die Membranabschnitte, unter denen sich die Schwingungsbäuche der Welle befanden: So entstanden periodisch sich abwechselnde Bereiche mit erhöhter und verringerter Lipidkonzentration. Um dieses Streifenmuster in der hauchdünnen Membran erkennen zu können, wurden die Lipide mit Fluoreszenzfarbstoffen markiert.

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In einem weiteren Schritt testeten die Physiker anschließend, ob dieser Effekt auch eintritt, wenn sie Proteine an die Membranlipide koppeln. Mit Biotin als Bindeglied hefteten sie deshalb fluoreszenzmarkierte Proteine wie etwa Avidin oder Streptavidin an einen Teil der Lipide. Sie stellten fest, dass sich auch die beladenen Lipide unter Einfluss der stehenden akkustischen Welle sortieren.

Interessante Anwendungen

Dadurch eröffnet diese neue Methode den Weg für interessante Anwendungen. Sie ermöglicht nach Angaben der Wissenschaftler zum einen die Aufkonzentration von sehr geringen Proteinmengen, für die die herkömmlichen Methoden zumeist nicht geeignet sind. Zum anderen kann das neue Prinzip auch Proteingemische trennen. Die Wissenschaftler beobachteten, dass sich beim gleichzeitigen Einsatz von zwei verschiedenen Proteinen eine Sorte im Wellenbauch und die andere im Wellenknoten anreicherte.

Ein besonders vielversprechender Effekt zeigte sich jedoch, sobald die Physiker die Frequenz der Welle leicht modulierten und somit eine so genannte Schwebung erzeugten: Als würde aus einem fixen Zebrastreifen ein Fließband, verschoben sich die Schwingungsbäuche und -knoten, wobei die in den Wellenbäuchen angereicherten Proteine gezielt in eine Richtung transportiert wurden.

Förderband für Proteine

Mit diesem Versuch konnten die Wissenschaftler eindrucksvoll zeigen, wie sich eine Zellmembran durch Schallwellen zum Förderband für Proteine verwandelt. Dies könnte einen weiteren wichtigen Baustein für die Realisierung von Fabriken im Nano-Maßstab (Lab-on-a-Chip) liefern.

(idw – Universität München, 20.08.2010 – DLO)

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