Leuchtende Mikropillen

Zu den neuesten Werkzeugen der Mikrobiologie gehören die fluoreszierenden Quantenpunkte: winzige Halbleiterkristalle, die an DNA-Stränge oder Proteine andocken und unter dem Mikroskop leuchten. Die anorganischen Fluoreszenzmarker sind beständiger als Farbstoffmoleküle und fluoreszieren je nach Größe in fast allen Farben des sichtbaren und nahinfraroten Spektrums. Sie eignen sich unter anderem zur Gensequenzierung: Je nach Beschichtung binden sie gezielt an ausgewählte Molekülgruppen.

Auf diese Weise lassen sich unterschiedliche DNA-Basen zum Beispiel mit verschiedenen Farben markieren und automatisch auslesen. Eine deutsch-russisch-weißrussische Forschergruppe hat das Prinzip der Quantenpunkt-Marker jetzt auf Mikropillen erweitert. Die Forscher stellten biokompatible Hohlkugeln her, in denen sich zum Beispiel Medikamente durch den Körper transportieren lassen. Die Hülle der Mikropillen kennzeichneten sie mit Quantendots, die im infraroten Spektralbereich fluoreszieren.

Aus diesen kugelförmigen MnCO ₃-Teilchen mit einem Durchmesser von 4 μm entstehen biokompatible Hohlkugeln. (Quelle: Gaponik)

Für die Herstellung der Hohlkugeln verwendeten die Forscher (aus Hamburg, Golm, Moskau und Minsk) kugelförmige Karbonatteilchen (MnCO ₃, siehe Abb.) mit einem Durchmesser von knapp 4 μm, die sie mit mehreren Schalen aus Biopolymeren ummantelten. Anschließend ätzten sie die innere Kugel weg. Übrig blieb eine Hohlkugel, die eines Tages als „Fähre“ für Medikamente dienen soll.

Zur Kennzeichnung synthetisierten Andrey Rogach und seine Kollegen wenige Nanometer große Kristalle aus Quecksilber-Tellurid (HgTe) und CdHgTe, die im nahen Infrarot fluoreszieren. Die Größe der Quantenpunkte, und damit das charakteristische Fluoreszenzlicht, lässt sich bei der nasschemischen Herstellung bis auf einige Zehntel Nanometer kontrollieren. Anschließend wurden die Kristalle mit Thiol-Molekülen beschichtet. Diese stabilisieren die Fluoreszenz und dienen gleichzeitig als Bindeglied zu den Mikropillen. In einer wässrigen Lösung mit den Mikropillen dockten die Quantendots durch elektrostatische Kräfte an die Hohlkugeln an. Bestrahlt man die Lösung mit Licht, verraten die fluoreszierenden Marker die Position der Mikropillen. Erstmals ist es damit gelungen, biokompatible Mikrosphären mit Infrarot-Markern zu versehen. Mediziner können mit diesem Werkzeug die Bahn der Medikament-Fähren verfolgen, weil Wasser und Blut im nahinfraroten Wellenlängenbereich transparent sind. Die Forscher glauben, dass man auf diese Weise den Weg der Medikamente im Körper sogar durch die Haut verfolgen kann.

Max Rauner

Quelle: Physik Journal, Juni 2003, S. 14

Weitere Infos:

• Originalveröffentlichung:
  N. Gaponik et al., Nanoletters 3, 369 (2003)