Manipulation von DNA-Molekülen an Ultramikroelektroden-Arrays

Abstract

Die Verbreitung und routinemäßige Nutzung von Mikroarrays nimmt in der biochemischen und pharmakologischen Forschung stetig zu. Eine Optimierung der Technologien ist erwünscht, um bestehende Anwendungen wie DNA-Hybridisierungsdetektion kostengünstiger und sensitiver zu gestalten sowie neue Anwendungsgebiete zu erschließen. Diese neuen Anwendungsgebiete schließen die „on-demand“ Array-Belegung und aktive Manipulation von Biomolekülen ein. Die vorgestellte Arbeit zeigt die aktive Manipulation von DNA-Molekülen an Ultra-mikroelektroden-Arrays mittels gepulster elektrischer Felder. Aufgrund der geringen Abstände der Elektroden werden schon bei niedrigem Potential (0,5 - 4V) hohe Feldstärken (MV/m) erzielt. Ein bei dieser Art der Elektrophorese auftretendes Problem ist die Elektrolyse des Puffermediums und die damit verbundene Gasentwicklung. Dieses Problem wird zumeist durch Einsatz einer Permeationsschicht auf der Elektrode unterdrückt. Der von uns erprobte Einsatz von gepulsten Wechselfeldern im niederfrequenten Bereich stellt eine effektive Alternative zu einer Permeationsschicht dar. Als Modellsystem wird die aktiv gesteuerte Hybridisierung fluoreszenz-markierter Oligonukleotide (25-30 bp) mit Fängeroligonukleotiden auf Gold-Elektroden (nach Thiol-Immobilisierung) gezeigt. Ziel war es, durch Attraktion der DNA zur Elektroden-Oberfläche eine lokale Konzentrierung der Probe und damit eine Beschleunigung der Hybridisierung zu ermöglichen. Darüber hinaus kann durch Anlegen entsprechender Felder ein Transport zwischen den Elektroden eines Arrays erfolgen oder die Spezifität der Hybridisierung durch definierte elektrische Felder gesteuert werden. Die vorgestellte Methodik kann auch zur Manipulation anderer Biomoleküle oder geladener Partikel auf Ultramikroelektroden verwandt werden und stellt somit eine adaptierbare Technologie für aktive Mikroarrays dar.