In einer internationalen Zusammenarbeit haben Forschende der Johannes Kepler Universität Linz (unter der Leitung von Dr.ⁱⁿ Yoojin Oh) und der Sungkyunkwan University in Südkorea (unter der Leitung von Prof. Dong-Hwan Kim) eine neuartige Technologie entwickelt, mit der sich DNA in extrem präzisen Mustern auf Oberflächen anordnen lässt – und das anders als bisher sogar senkrecht (vertikal) zur Oberfläche.

Dabei nutzten sie eine besondere Eigenschaft von DNA: Sie kann sich selbstständig zu bestimmten Strukturen zusammenfügen. Diese Strukturen wurden so eingesetzt, dass eine sehr gleichmäßige und dichte Oberfläche mit vielen kleinen „Andockstellen“ für biologische Moleküle entstand – über große Flächen hinweg. Durch eine spezielle Herstellungsweise konnten die Forscher*innen genau bestimmen, wie eng die DNA-Elemente nebeneinanderstehen.

„Bislang war es eine große Herausforderung, vertikale DNA-Strukturen auf Oberflächen zu bilden. Diese kleinen Strukturen stehen aufgrund geometrischer Störungen oft nicht aufrecht, was das Anbringen funktioneller Moleküle erschwert“, erklärt Yoojin Oh.

Signale für Sensoren
Zur praktischen Anwendung wurde ein DNA-Element eingebaut, das gezielt ein bestimmtes Eiweiß (Thrombin) erkennt. Wenn dieses Eiweiß vorhanden ist, kann man dies mit einem fluoreszierenden Signal – also ein Lichtsignal - auslesen. Dadurch eignet sich die Technologie hervorragend für empfindliche Messgeräte wie Biosensoren oder Mikroskope. Sie liefert dabei besonders zuverlässige und saubere Messergebnisse, weil die DNA-Bausteine genau ausgerichtet sind und sich nicht zufällig verdrehen.

„Diese neue Plattform zeigt, wie DNA-Nanotechnologie in Zukunft bei der Entwicklung von Diagnostikgeräten und Sensoren eingesetzt werden kann – mit Präzision im Nanometerbereich und trotzdem über große Flächen“, so die JKU Biophysikerin. Konkret sind die Strukturen bis zu 4 Nanometer (1 Nanometer = 1 Millionstel Millimeter) klein. Die neue Methode ermöglicht es erstmals, damit Oberflächen fast bis zu einem Millimeter zu bedecken – ein enormer Fortschritt.

Die Forschung wurde unter anderem vom INTERREG-Programm Österreich-Tschechien, dem österreichischen Wissenschaftsfonds FWF sowie mehreren südkoreanischen Forschungsprogrammen unterstützt.

Die Ergebnisse wurden mittlerweile in der renommierten Fachzeitschrift ACS Nano veröffentlicht – und dort sogar auf dem Titelblatt hervorgehoben.

zum Paper: https://pubs.acs.org/toc/ancac3/19/20, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster