DNA-NEMS Sensor aus Diamant

• Antragsteller: Professor Dr. Oliver Ambacher; Professor Dr.-Ing. Nianjun Yang, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Mikrosysteme ; Analytische Chemie ; Biophysik
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 234121274

Im Rahmen dieses Forschungsprojekts soll ein neuartiges DNA Nano-Elektro-Mechanisches-System (NEMS) als Hybridisierungs-Sensor aus Diamant realisiert, charakterisiert und optimiert werden. Einzelstrand- (ss) und Doppelstrand-(ds) DNA zeigen sehr unterschiedliches kinetisches Verhalten in AC-elektrischen Feldern, das zur Diskriminierung der DNA Hybridisierung in einem DNA-NEMS Sensor genutzt werden soll. Hierzu wird eine neuartige Sensor-Anordnung realisiert, die aus einer nano-Elektrode (Durchmesser ca. 200 nm) und einer Scanning-Elektrochemischen-Mikroskop- (SECM) Spitze aus Diamant als Gegenelektrode besteht. Die SECM Spitze nimmt den Platz eines AFM Cantilevers ein und kann auch mit Hilfe eines SPM Systems mit nano-Meter Auflösung in physiologischen Flüssigkeiten platziert werden. Einzel-Strand DNA (Marker) wird mit einem Redox-Molekül (Fe(CN)63-/4-) markiert und kovalent mit einer Dichte von ca. 1011 cm-2 auf die Diamant Nano-Elektrode gebunden. Durch AC elektrische Felder, deren Amplitude und Frequenz optimiert werden, werden die DNA Moleküle auf und ab bewegt, so dass Redox-Ströme an der Arbeits- und Gegen-Elektrode erzeugt werden. Kommt die passende komplementäre DNA dazu, entsteht das ds-Molekül, das ganz andere kinetische Eigenschaften aufweist. Diese sollen ermittelt und zur Optimierung des NEMS Sensors eingesetzt werden. Um die Ströme, die im 10^(-14) A Bereich liegen werden zu detektieren, soll Fourier-Transform-Lock-In-Detektion eingesetzte werden. Dieses Verfahren kann kleinste Signale aus dem Frequenzspektrum filtern und soll im Rahmen dieses Forschungsprojekts für dieses bio-elektrochemische Problem optimiert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen