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Mit Nano-Gold Corona-Viren nachweisen

(06.08.2020) Um die Corona-Pandemie wirksam eindämmen zu können, sind neben der Entwicklung eines Impfstoffes und Medikamenten zur Behandlung schnelle und sichere Nachweismethoden gefragt. Anlass zur Hoffnung gibt die Entwicklung eines neuartigen optischen Biosensors, mit dem sich die Konzentration von Corona-Viren in der Umwelt bestimmen lässt. Zum Einsatz kommen dabei winzige Strukturen aus Gold, sogenannte Gold-Nanoinseln.
 

Foto: www.pixabay.com

Der Sensor wurde von einem Forscher-Team der Empa (Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt), der ETH Zürich (Eidgenössische Technische Hochschule) und des Universitätsspitals Zürich entwickelt. Er könnte eingesetzt werden, um die Viren in der Umgebungsluft in Echtzeit nachzuweisen,  z. B. an Bahnhöfen, in Krankenhäusern und an anderen Orten, an denen sich viele Menschen aufhalten. Dabei ist er nicht als Ersatz für bestehende Labortests gedacht, sondern könnte eine Ergänzung und Alternative sein.

Kernstück des Sensors sind Nanoinseln aus Gold, die auf einem Glassubstrat aufgebracht sind. Auf diesen Nanoinseln wird künstlich erzeugtes genetisches Material angebracht. Es passt mit dem Erbgut der Corona-Viren (Sars-CoV-2-Viren) zusammen, die sich auf diese Art sicher identifizieren lassen. Wenn die Viren an den Sensor mit dem genetischen Material andocken, wird ein optischer Effekt als Signal ausgelöst. Grundlage dafür sind die metallischen Nanostrukturen. Sie bewirken, dass die auftreffenden Viren die Lichtbrechung verändern. Diese Veränderung wird von dem optischen Sensor erfasst und der Virenbefall auf diese Weise erkennbar.

Zusätzlich soll ein Wärmeeffekt die Wirksamkeit des Biosensors erhöhen. Dazu werden die Gold-Nanostrukturen mit einem Laser angeregt, sodass sie Wärme abgeben. Durch die erhöhte Umgebungstemperatur wird die Treffsicherheit für Corona-Viren verbessert. Sie sorgt dafür, dass sich an das genetische Material auf dem Sensor tatsächlich nur Corona-Viren heften und dann das optische Signal auslösen.

Die Kombination aus optischen und thermischen Effekten soll den Test noch zuverlässiger machen. Vergleichende Untersuchungen mit dem eng verwandten Sars-CoV-Virus verliefen erfolgreich. Es zeigte sich, dass der Biosensor klar zwischen den beiden Viren unterscheiden konnte.

Foto: Coronavirus (Modell), www.pixabay.com
Weitere Forschung erforderlich

Bevor das System tatsächlich im großen Stil einsatzfähig ist, bedarf es noch weiterer Entwicklungsschritte. Notwendig ist beispielsweise eine zusätzliche Einheit, die das Virenerbmaterial aus der Luft isoliert, bevor der Sensor zum Einsatz kommen kann. Neben der Chance, mit dieser Testmethode das COVID-19-Virus besser nachweisen zu können, besteht auch die Möglichkeit, die Funktionsweise auf andere Viren zu übertragen. Im Ergebnis könnten solche Biosensoren dazu beitragen, Epidemien frühzeitiger zu erkennen.

Nanopartikel aus Gold werden schon seit längerem in der medizinischen Diagnostik für Schnelltests eingesetzt (mehr dazu hier). Ähnlich wie bei dem optischen Biosensor werden die Partikel mit Stoffen kombiniert, mit denen die Krankheitserreger zuverlässig und spezifisch reagieren. Schwangerschaftstests und die Früherkennung von Tumorleiden wie Prostatakrebs funktionieren ebenfalls nach diesem Prinzip.


Neugierig? Mehr Meldungen aus der Nano-Welt finden Sie in unserem Archiv.

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