Proteine im Brennpunkt: Adaptierbare Mikrolinsen aus Proteinen durch direktes Femto-Laserschreiben

19.12.2011: Ob direkt vor unserer Nase oder weit weg, wenn wir ein Objekt betrachten, sehen wir es – mit gesunden Augen oder passender Brille – immer scharf. Damit das klappt, verformen Muskeln die Linse und stellen so die passende Brennweite ein. Für miniaturisierte technische Geräte wären Linsen im Mikromaßstab mit ähnlich adaptierbarem Fokus interessant. Hong-Bo Sun und ein Team von der Jilin University (China) beschreiben in der Zeitschrift Angewandte Chemie nun einen neuen Ansatz zur Herstellung adaptierbarer Mikrolinsen aus Proteingelen.

Proteine sind als Baumaterial für Mikrobauteile interessant, weil sie gut verfügbar, kostengünstig und biokompatibel sind. Und sie können ihre Eigenschaften als Antwort auf externe Reize ändern. Ein interessantes Material für einstellbare Mikrolinsen also. Allerdings müssen Linsen extrem präzise sein, um optischen Anforderungen zu genügen – das ist mit Proteinen schwer zu bewerkstelligen. Dazu soll die Herstellung rasch, einfach und kostengünstig laufen.

Die chinesischen Forscher haben diese Herausforderung nun gemeistert: Mit einem Laser „schreiben“ sie die gewünschte mikrometergroße Linsenform einfach in eine Lösung des Proteins Rinderserumalbumin. Methylenblau dient als Photosensibilisator, der die Lichtenergie wie eine Antenne einfängt und dann eine Vernetzungsreaktion der Proteinmoleküle auslöst. Computergesteuert fährt der Laser die gewünschte dreidimensionale Form Voxel für Voxel ab. Ein Voxel ist ein „dreidimensionales Pixel“, also ein winziges Volumenelement. Die Bestrahlung erfolgt in Form von Pulsen, die ungefähr von 10-13 Sekunden dauern (Femtosekundenpulse). Die Vernetzung läuft ausschließlich an den bestrahlten Stellen ab. Nach der Reaktion können die nicht abreagierten Proteinmoleküle einfach weggewaschen werden. Übrig bleibt ein vernetztes wasserhaltiges Proteingel in Form mikrometergroßer Linsen.

Beim direkten Laserschreiben entstehen meist Strukturen mit viel zu rauer Oberfläche für optische Zwecke. Durch eine Optimierung von Bestrahlungsdauer, Pulsintensität und Proteinkonzentration erhielten Sun und sein Team dann aber Linsen mit ausgezeichneten optischen Eigenschaften.

Das Besondere: In Abhängigkeit vom pH-Wert der Lösung variiert die Flüssigkeitsmenge, die das Proteingel aufnimmt. Bei einer pH-Erhöhung schwillt die Linse an. Wird die Dickenzunahme durch eine Glasoberfläche limitiert, geht die Linse vor allem in die Breite und wird flacher. Wird der pH-Wert verringert, schrumpft das Gel und die Linse ist wieder stärker gekrümmt. Da der Krümmungsradius die Brennweite einer Linse bestimmt, lässt sich auf diese Weise der Fokus verändern und die Mikrolinsen können scharfgestellt werden.

Da die Proteinlinsen biokompatibel sind, könnten sie Anwendung in optischen Analysesystemen für die medizinische Diagnostik oder Lab-on-Chip-Technologien finden.

Originalveröffentlichung:
Yun-Lu Sun et al.; Dynamically Tunable Protein Microlenses; Angewandte Chemie

Fakten, Hintergründe, Dossiers
Mehr über Angewandte Chemie
  • News

    Durchgedrehte Blutströpfchen

    Parasiteninfektionen wie Malaria und Schlafkrankheit betreffen Hunderte Millionen Menschen, vor allem in den ärmsten Regionen der Welt. Oft ist die Diagnose schwierig, da die Konzentration der Parasiten im Blut sehr gering sein kann. Britische Wissenschaftler haben jetzt eine einfache chipb ... mehr

    Neuer Ansatz für Malaria-Therapie?

    Zwei der dringlichsten Herausforderungen sind der Kampf gegen Nahrungsmittelknappheit und Infektionskrankheiten wie Malaria. Leider verlieren sowohl Herbizide zum Pflanzenschutz als auch Antiinfektiva rapide an Wirksamkeit, da die Zielorganismen Resistenzen entwickeln. Um beide Felder zu be ... mehr

    Nadelholz-Duft beeinflusst Klima

    Nadelbäume geben flüchtige Kohlenwasserstoffe ab, vor allem Terpene, die wir als charakteristischen Duft des Waldes wahrnehmen. In einer komplizierten Reaktionsfolge, an der Ozon und Schwefeldioxid beteiligt sind, sollen sie an der Entstehung von Aerosolen beteiligt sein, die dem Treibhause ... mehr

Mehr über Jilin University
  • News

    Proteine im Brennpunkt: Adaptierbare Mikrolinsen aus Proteinen durch direktes Femto-Laserschreiben

    Ob direkt vor unserer Nase oder weit weg, wenn wir ein Objekt betrachten, sehen wir es – mit gesunden Augen oder passender Brille – immer scharf. Damit das klappt, verformen Muskeln die Linse und stellen so die passende Brennweite ein. Für miniaturisierte technische Geräte wären Linsen im M ... mehr

    Gläsern statt glänzend

    Durchblick durch ein Metall haben sich Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Chemie verschafft. In einer internationalen Kooperation haben sie Natrium, das unter normalen Bedingungen weich ist wie ein Karamel-Toffee und silbrig schimmert, unter extremen Druck gesetzt. Bei zwei Millio ... mehr

Ihr Bowser ist nicht aktuell. Microsoft Internet Explorer 6.0 unterstützt einige Funktionen auf Chemie.DE nicht.