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Individuelle Edelmetall-Nanopartikel als optische Biosensoren für die DNA- und Protein-Analytik

Schneider, Thomas - Friedrich-Schiller-Universität Jena (2013)


Im Rahmen dieser Arbeit wurde das Potential eines optischen Biosensors für die DNA- (und auch Protein-) Analytik untersucht. Als Signalwandler kamen individuelle Edelmetall-Nanopartikel zum Einsatz, deren besondere optische Eigenschaften durch die Anregung von lokalisierten Oberflächenplasmonen hervorgerufen werden. Das Potential des hier verwendeten Einzelpartikelsensors in Form von Goldkugeln (80 nm Durchmesser) wurde für den Nachweis von Hybridisierungsereignissen von einzelsträngiger DNA getestet. Neben unterschiedlichen Funktionalisierungsstrategien für die Steigerung der Hybridisierungseffizienz wurde das Detektionslimit (ca. 2100 DNA-Moleküle) für diese Methode bestimmt. Die Spezifität dieses Sensors wurde für ein in der chipbasierten DNA-Analytik relevantes DNA-Sandwich-System gezeigt und als bioanalytische Applikation für die Unterscheidung von Pflanzenschädlingsarten untersucht. Zwei Möglichkeiten der Signalverstärkung wurden durch die Anbindung von Streptavidin-modifizierten Goldnanopartikeln und der Verwendung verschiedener Transducer untersucht, wobei die EBL-strukturierten Nanopartikel durch ihre hohen Sensitivitäten und FOMs eine zusätzliche Steigerung der Sensorqualität bewirken konnten.

Abschließend wurde der Einzelpartikelsensorik mit der Oberflächenplasmonresonanzspektroskopie (SPR-Spektroskopie) eine kommerziell etablierte Methode gegenübergestellt, wobei besonders die Grenzen und die Spezifität beider Nachweismethoden für die DNA-Analytik im Mittelpunkt standen. Hier konnte deutlich die kleine Sensoroberfläche des Nanosensors überzeugen, wodurch besonders das Multiplexing (Parallelisierung) und die Miniaturisierung dieses optischen Biosensors einen großen Vorteil besonders für die chipbasierte DNA- und Protein-Analytik eröffnen. Die Vielzahl an unterschiedlichen einsetzbaren Partikelformen, -größen und -materialien ermöglicht dadurch ein großes Potential für die biosensorische Anwendungen.


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