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Nachrichten und Pressemeldungen aus Labor und Analytik

27.09.2005

Lipidmembranen in Biosensoren und Arrays


Ein Biosensor ist ein kompaktes analytisches Gerät, welches eine biologisch-aktive Komponente enthält, die mit einem Signalwandler verbunden ist und mit dem ein Analyt detektiert werden kann.

Das Herzstück eines jeden Biosensors ist die biologisch-aktive Komponente. Bereits 1962 hat Prof. Leland C. Clark. Jr. den Grundstein der Biosensorik auf dem New York Academy of Sciences Symposium gesetzt, indem er beschrieb: how "to make electrochemical sensors (pH, polarographic, potentiometric or conductometric) more intelligent" by adding "enzyme transducers as membrane enclosed sandwiches". Dieses Konzept, eine biologisch-aktive Komponente an einen elektrochemischen Signalwandler zu koppeln, konnte er anhand eines Experiments, in dem er ein Enzym, die Glucoseoxidase, an eine Clark-Sauerstoffelektrode durch eine Dialysemembran einschloss, beweisen. Der Abfall der gemessenen Sauerstoffkonzentration war proportional zur Glucose-Konzentration in der Lösung. Er prägte den Begriff der Enzymelektrode. Heutzutage ist man weit über den Einsatz von Enzymen als biologisch-aktive Komponente hinausgegangen. Es werden neben Enzymen auch Nukleinsäuren für DNA- und RNA-Sensoren und -Arrays sowie Antikörper für Immunosensoren eingesetzt. Eine große Klasse von Biomolekülen steht jedoch für sensorische Anwendungen so gut wie nicht zur Verfügung und das sind die Membranproteine. Und das, obwohl 30 % aller Proteine in den verschiedenen Organismen Membranproteine sind und mehr als 50 % aller Proteine mit Membranen interagieren. Gerade Membranproteine sind für die pharmazeutische Industrie von großer Bedeutung, da fast 15 % der meistverkauften Medikamente auf membranständige Ionenkanäle und etwa 60 % aller rezeptpflichtigen Medikamente auf Membranproteine wirken. D.h. Biosensoren und Screening-Systeme basierend auf Membranproteinen besitzen ein großes Potential für die pharmazeutische Industrie und in der Entwicklung und Erforschung neuer Wirkstoffe.

Doch die Funktionalität von Membranproteinen ist an eine Lipidmembran gebunden. Ionenkanäle sind nur aktiv, wenn sie in einer Lipiddoppelschicht integriert sind. Dies kann eine native Membran sein, wie sie in patch-clamp Experimenten genutzt wird oder eine artifizielle, die nur aus einem Lipid besteht oder aus wenigen Lipidkomponenten aufgebaut ist, wie im Falle freitragender Membranen, die auch als schwarze Membranen (black lipid membranes, BLMs) bekannt sind. Diese Lipiddoppelschichten sind sehr hilfreich bei der Untersuchung von Ionenkanälen und der Wirksamkeit von Inhibitoren, jedoch ist ein Aufbau von Biosensoren nur schwer realisierbar, und eine Chiptechnologie-basierte Strategie wäre hier wünschenswert.

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Quelle: Aktuelle Wochenschau




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