Miniaturisierte Biosensoren zur Detektion von Signalmolekülen an Lungenepithelzellen

Betreuer: C. Kranz

Lungenzellen sind permanent dynamischen chemischen und mechanischen Einflüssen ausgesetzt, die über eine Reizaufnahme zu einer Signalübersetzung und letztendlich zu einer Zellantwort wie z.B. der Freisetzung von Signalmolekülen führen. Eine quantitative Erfassung dieser Signalmoleküle mit synchronisierter lateraler und temporaler Auflösung ist daher von zentraler Bedeutung, wobei diese mit Hilfe klassischer analytischen Verfahren nur schwer erzielt werden kann, da die Bestimmung meist sequentiell erfolgt. Darüber hinaus spielt die molekulare Selektivität der Detektion in komplexen Matrizes eine zentrale Rolle. In der Regel sind Signalmoleküle relativ kleine Moleküle mit kurzer Lebensdauer (wie zum Beispiel Stickstoff Monoxid oder reaktive Sauerstoffspezies). In den letzten Jahren wurden daher entsprechend miniaturisierte elektrochemische Biosensoren (d.h. Mikro- und Nanobiosensoren) entwickelt, die geeignet sind Moleküle wie Adenosin-5’-Triphosphat (ATP) Stickstoffmonoxid und reaktive Sauerstoffspezies (reactive wie beispielsweise Wasserstoffperoxid zu detektieren. Vorteile von Mikro- und Nanoelektroden umfassen ein verbessertes Signal-zu-Rausch Verhältnis, ein schnelleres Ansprechverhalten und die Möglichkeit diese Sensorprinzipien mit der elektrochemischen Rastersondenmikroskopie zu kombinieren. Gerade hinsichtlich der Anwendung miniaturisierter Biosensoren in sogenannten Hybrid-Rastersondenverfahren wie z.B. der Kombination aus Rasterkraftmikroskopie mit der elektrochemischen Rastersondenmikroskopie (AFM-SECM) und der Rasterionenstrommikroskopie (SICM) kombiniert mit SECM konnten mittlerweile enorme Verbesserungen hinsichtlich der Instrumentierung aber auch der Messmethodik erzielt werden.

Ziel des Projektes ist die Entwicklung neuartiger miniaturisierter Biosensoren, die in Kombination mit Rastersondentechniken für die Untersuchung an Lungenepithelzellen eingesetzt werden können.