Entwicklung eines Biosensors für die Geruchsprüfung
Aufgrund ihrer immensen Vorteile, unter anderem Robustheit, Portabilität und niedrige Herstellungskosten, stellen Biosensoren vielversprechende Alternativen zu herkömmlichen Analysegeräten dar. Jüngste Fortschritte in der Bio- und Nanotechnologie haben einen neuen Ansatz zur Entwicklung von Biosensoren mit einer Vielzahl neuer Anwendungen ermöglicht, die das Geruchssystem von Säugetieren nachahmen. In Industrieumgebungen könnten elektronische Nasen mithilfe eines Array elektrochemischer Sensoren mit der Fähigkeit, einfache und komplexe Gerüche zu erkennen, sowohl zur Prozesssteuerung als auch zur Qualitätssicherung beitragen. Im Rahmen des europäischen SPOT-NOSED-Projektes wurden Möglichkeiten zur Entwicklung des ersten Nanobiosensor-Array auf Grundlage der elektrischen Eigenschaften einzelner Geruchssensoren untersucht. Hierfür wurde eine Proteinschicht, aus denen die Geruchssensoren von Tiernasen bestehen, auf einer Nanoelektrode platziert und die Reaktion bei Kontakt der Proteine mit unterschiedlichen Gerüchen gemessen. Der neue Biosensor würde die Erkennung von Gerüchen in Konzentrationen ermöglichen, die für Menschen nicht wahrnehmbar sind. Für die Erkennung von Gerüchen mit der elektronischen Nase waren mehrere hundert verschiedene Proteine erforderlich, die die SPOT-NOSED-Forscher genetisch aus Tieren kopiert und in Hefe herangezüchtet haben. Die verschiedenen Proteine haben auf unterschiedliche Gerüche reagiert, die Erkennung eines bestimmten Geruches basiert also auf einer Kombination der einzelnen Reaktionen. Die Lokalisierung des Geruchsrezeptors 17 in Hefe an der Plasmamembran erfolgte mithilfe konvokaler Mikroskopie und Elektronenmikroskopie. Anschließend wurden die Hefezellen mechanisch zerstört und die Teile der Plasmamembran in aufeinanderfolgenden Zentrifugierschritten von den intakten Zellen und Zellwänden getrennt. Die Untersuchung der negativ gekennzeichneten Membranteile mit dem Transmissionselektronenmikroskop (TEM) hat gezeigt, dass diese aus Nanosomen oder Fragmenten in einer Größenordnung von 40 bis 500nm bestehen. Durch eine nachfolgende Ultraschallbehandlung wurde die Größe auf 40 bis 60nm homogenisiert. Um eine dreidimensionale Beschreibung der absorbierten Nanosome zu erhalten, wurden Membranteile auf blanke und funktionalisierte Goldsubstrate aufgebracht und mit dem Rasterkraftmikroskop (AFM) abgebildet. Obwohl das Seitenverhältnis der Nanosome keinesfalls einheitlich ist, wurde erkannt, dass diese Art von Nanosomen mit Geruchsrezeptoren eine wässrige Lösung enthielt.
