Es klingt wie aus der Science-Fiction-Serie „Raumschiff Enterprise“ – nur ins Winzige verkleinert: Wissenschaftler haben eine Möglichkeit entwickelt, mithilfe eines „Traktorstrahls“ aus Licht einzelne Zellen oder andere Miniobjekte auf einem Mikrochip zu bewegen.
Die Idee, Lichtstrahlen als Pinzette einzusetzen, um Zellen oder andere Objekte zu manipulieren, ist nicht neu. Schon seit rund 30 Jahren experimentieren Forscher damit. Doch Wissenschaftler des Massachusetts Institute of Technology (MIT) haben nun erstmals dieses effektive Werkzeug genutzt, um Objekte in der Welt des Mikrochip-Designs und der Chipherstellung zu bewegen, zu kontrollieren und zu messen
Chip durchsichtig gemacht
Eine optische Pinzette nutzt die winzige Kraft eines Laserstrahls um Objekte auf einer Oberfläche herumzuschieben. Normalerweise scheint dabei der Lichtstrahl durch eine Glasoberfläche, die in ein Mikroskop montiert ist, damit die Wissenschaftler die Ergebnisse der Pinzettenbewegungen direkt kontrollieren können. Siliziumchips jedoch sind undurchsichtig, der Einsatz dieser Technik scheint sich auf den ersten Blick daher nicht unbedingt anzubieten.
Doch die MIT-Forscher ließen sich davon nicht abschrecken. Sie machten einfach die Siliziumchips transparent für Infrarotlicht und setzen Laserstrahlen in diesem Wellenbereich als Werkzeug ein. Für ihre ersten Experimente nutzten die Wissenschaftler um Matthew J. Lang und David C. Appleyard dafür Siliziumchips, die zerbrochen waren und von anderen Forschern weggeworfen wurden. Nachdem sie ein funktionierendes System entwickelt hatten, begannen sie, ihre Infrarot-Pinzette mit unterschiedlichsten Objekten zu testen. Die meistern Objekte waren nur wenige Nanometer klein, aber auch ein rund 20 Mikrometer großes, hohles Blöckchen ließ sich durch den Lichtstrahl manipulieren.
Buchstaben „MIT“ aus Bakterien
Als Demonstration der Flexibilität des Systems sammelten die Forscher mithilfe ihrer Lichtpinzette sogar 16 Bakterien der Art Escherischia coli ein und ordneten sie auf einem Mikrochip zu den Buchstaben „MIT“. „Wir haben gezeigt, dass man alle optischen Trapping-Verfahren mit den spannenden Dingen kombinieren kann, die sich auf einem Siliziumwafer ausführen lassen“, erklärt Appleyard. „Gerade an der Schnittstelle von Biologie und Elektronik ergeben sich da zahlreiche Anwendungen.“
So untersuchen zurzeit viele Wissenschaftler, wie Nervenzellen mit elektrischen Schaltkreisen auf einen Chip kommunizieren. „Sie setzen dabei Zellen zufällig irgendwo auf die Oberfläche und hoffen dann, dass eine von ihnen in der Nähe eines Sensors landet, damit sie ihre Aktivität messen können“, so der Forscher. „Mit unserer Technologie kann man die Zelle direkt und gezielt neben dem Sensor platzieren.” Das chipfähige Infrarotwerkzeug kann jedoch nicht nur Zellen bewegen, es kann gleichzeitig auch die Position einer Zelle auf dem Chip genau messen und bestimmen.
(MIT, 02.11.2007 – NPO)
