http://www.faz.net/-gwz-734sj

Sensorik : Nanowaage aus Silizium

  • -Aktualisiert am

Mikromechanischer Oszillator als Nanowaage Bild: Caltech

Mit einem winzigen Resonator lässt sich die Masse von Proteinen präzise messen. Das filigrane Bauteil könnte daher die Biomedizin revolutionieren.

          Ein nanomechanischer Resonator, der einzelne Moleküle wiegen kann, ist am California Institute of Technology (Caltech) in Pasadena entwickelt worden. Der Resonator besteht aus einem etwa acht Mikrometer langen und einem halben Mikrometer breiten Balken aus Silizium, der an seinen Enden eingespannt ist. Mit hochfrequenten elektrischen Feldern wurde der Balken zu mechanischen Schwingungen angeregt, die mit Hilfe von winzigen Piezokristallen abgetastet wurden. Dabei entstanden elektrische Schwingungen, die elektronisch verstärkt und analysiert wurden. Bei bestimmten Anregungsfrequenzen trat Resonanz auf, und die Schwingungen waren besonders stark, wie Michael Roukes und seine Kollegen beobachteten. Mit einer Resonanzfrequenz von 44,6 Megahertz schwang die Mitte des Balkens auf und nieder, während bei 105 Megahertz der Balken in horizontaler Richtung S-förmige Oszillationen ausführte.

          Proteine auf dem Federbalken

          Wenn sich Nanopartikel oder Moleküle auf den Balken setzten, nahm seine Masse zu, und er oszillierte langsamer. Jedes Mal, wenn sich ein weiteres Teilchen anheftete, verringerten sich gleichzeitig beide beobachteten Resonanzfrequenzen sprunghaft. Wie die Forscher in der Zeitschrift „Nature Nanotechnology“ (Bd. 7, S. 602) berichten, konnten sie auf diese Weise die Masse jedes einzelnen, neu hinzugekommenen Teilchens mit hoher Genauigkeit bestimmen. So konnten sie einzelne Moleküle des Proteins Immunglobulin M (IgM) wiegen und anhand der gemessenen Massen verschiedene Typen des IgM voneinander unterscheiden. Dies eröffnet interessante biomedizinische Anwendungen. So könnte man mit zukünftigen Geräten, die viele dieser mechanischen Resonatoren enthalten, das Immunsystem von Patienten überwachen und vielleicht sogar immunologische Krankheiten diagnostizieren.

          Neue Ära der Massenspektrometrie

          Weil die Resonatoren mit Verfahren hergestellt wurden, die auch bei der Produktion von Computerchips eingesetzt werden, ließen sich zukünftig Analysechips mit Zehntausenden parallel arbeitenden Resonatoren problemlos fertigen. Roukes und seine Kollegen glauben, dass ihre Nanowaagen eine neue Generation von Massenspektrometern ermöglichen, mit denen man schon anhand von wenigen Molekülen die Identität einer Substanz bestimmen kann. 

          Quelle: F.A.Z.

          Weitere Themen

          Wie klingt ein Regenbogen? Video-Seite öffnen

          „me Convention“ : Wie klingt ein Regenbogen?

          Neil Harbisson ist eigentlich farbenblind. Doch über eine Antenne, die mit seinem Schädelknochen verbunden ist, kann der weltweit erste anerkannte Cyborg Farben als Töne und Schwingungen wahrnehmen. Wir haben ihn auf der „me Convention“ getroffen.

          Die Jagd nach Einsteins Gravitationswellen

          Physik-Nobelpreis 2017 : Die Jagd nach Einsteins Gravitationswellen

          Den Nobelpreis für Physik teilen sich in diesem Jahr die drei amerikanischen Forscher Rainer Weiss, Barry Barish und Kip Thorne. Sie haben die Grundlagen für den ersten direkten Nachweis von Gravitationswellen geschaffen und ein neues Fenster ins Universum geöffnet.

          Topmeldungen

          Jamaika-Koalition : Der Grünstreifen am Horizont

          Vor vier Jahren haben die Grünen ihre Chance auf eine Beteiligung an der Regierung vertan. Diesmal wollen sie ernsthaft verhandeln. Das geht nur, wenn die Parteilinken mitmachen. Doch, sind die dazu bereit?

          Newsletter

          Immer auf dem Laufenden Sie haben Post! Abonnieren Sie unsere FAZ.NET-Newsletter und wir liefern die wichtigsten Nachrichten direkt in Ihre Mailbox. Es ist ein Fehler aufgetreten. Bitte versuchen Sie es erneut.
          Vielen Dank für Ihr Interesse an den F.A.Z.-Newslettern. Sie erhalten in wenigen Minuten eine E-Mail, um Ihre Newsletterbestellung zu bestätigen.