Kunststoffe auf Virenfang

Sie können verschiedene Virusarten unterscheiden und sie halten chemische Moleküle auseinander, die nahezu gleich aussehen. Die Rede ist von neuartigen Sensoren, die am Institut für Analytische Chemie der Universität Wien entwickelt werden. Dr. Peter Lieberzeit erklärt das Prinzip.

"Salopp formuliert sind das Gipsabdrücke von Molekülen in Kunststoffen. Die Idee dahinter ist, dass ein Kunststoff aus langen Ketten besteht, dass wir die Ketten chemisch untereinander verbinden - sie sehr hoch vernetzen - und diese Ketten um das, was wir nachher analysieren wollen, herum wachsen lassen. Dann entfernen wir dieses Template-Molekül, wie man sagt, aus dem Material. Diese hohe Vernetzung der Ketten untereinander ist notwendig, dass die Struktur erhalten bleibt. "

Nach dem Aushärten enthält der Kunststoff dann Poren mit dem Abdruck des Moleküls, das die Forscher zuvor zugemischt hatten. Sozusagen eine Art Netz, in dem nur diese eine Sorte Moleküle, hängen bleibt. Nun ist ein Fischernetz mit einem reichen Fang schwerer als im leeren Zustand, und genau das trifft auch für das Kunststoffnetz zu. Um diesen Unterschied zu messen, benutzen die Forscher eine Mikrowaage, die auch in anderen Sensoren eingesetzt wird.

"Sie kennen aus jeder Quarzuhr Schwingquarze, die dort als Taktgeber vorhanden sind. Wir verwenden genau diese Schwingquarze, denn die Frequenz dieser Bauteile hängt nicht nur ab von der Dicke des Quarzplättchens, sondern auch von der Masse, die an der Elektrode angebracht wird. "

Der ausgehärtete Kunststoff wird also auf ein Quarzplättchen montiert, und das schwingt dann umso behäbiger, je schwerer es ist, je mehr Moleküle also im Kunststoffabdruck hängen geblieben sind. Diese Änderung lässt sich in ein elektrisches Signal umwandeln. Ein solcher Sensor spricht hoch empfindlich auf eine ganz bestimmte Teilchenart an. Bereits Moleküle, die ein klein wenig anders aussehen, passen nicht in den Abdruck. Da gibt es zum Beispiel das Lösungsmittel Xylol, das in Wahrheit ein Gemisch aus drei ganz geringfügig verschiedenen Substanzen sein kann. Von jeder hat Peter Lieberzeit einen Kunststoffabdruck erzeugt - und er kann so erkennen, mit welchem der Drillinge er es zu tun hat. Sein Kollege Dr. Oliver Hayden wendet das gleiche Prinzip an, um Krankheitskeime aller Größenklassen zu unterscheiden.

"Angefangen von wenigen Nanometer großen Schnupfenviren zu Dimensionen von mehreren Mikrometern bei Mikroorganismen bis hin zu Säugetierzellen von mehr als zehn Mikrometern, wie es oft bei Tumorzellen der Fall ist."

Um Kunststoffabdrücke von Viren und Zellen herzustellen, hat Oliver Hayden die Methode der Chemiker etwas abgewandelt.

"Indem man sozusagen einen molekularen Kartoffelabdruck macht, wie wir es aus der Schulzeit kennen. Wir schleudern polymere Schichten auf eine Oberfläche auf, machen uns dann einen Stempel, an dem wir Zellen, Viren oder Proteine befestigen, und drücken in die aushärtende Kunststoffschicht diese Analyte hinein. "

Das Ergebnis ist wieder ein Abdruck des Virus oder der Zelle, und auch hier bleibt nur die Struktur im Kunststoffnetz hängen, die man ihm eingeprägt hat. Schon was ein bisschen anders aussieht, wird nicht erkannt.

"Ein sehr schönes Beispiel, das uns erst vor Kurzem gelungen ist, war die Unterscheidung der Blutgruppen: A-, B-, AB- und 0-Blutgruppen-Zellen."

Ebenso können Bakterienarten unterschieden werden und sogar verschiedene Stämme eines Virus. Ein derartiges Diagnosesystem könnte zum Beispiel bei der Virusgrippe sinnvoll sein, denn da ist nicht jeder Erreger gleich gefährlich. Und auch die Chemiker aus Wien haben Anwendungen im Visier: Sensoren, die laufend prüfen, ob unerlaubt Lösungsmittel in einen Fluss gelangen.