Kann Strom Krebs erkennen?
Statt durchs Mikroskop zu schauen, schickten Nina Meier und Karin Peter zelluläre Botenstoffe durch eine Nanopore. Was dabei im Strom passiert, könnte helfen, kleinste biologische Unterschiede sichtbar zu machen, zum Beispiel bei der Krebsdiagnose.
Die Abschlussarbeit
Studiengang: Systemtechnik
Studierende: Nina Meier, Karin Peter
Betreuung: Dr. Duncan Webster
Titel: Mikrofluidisches Systemdesign zur elektronischen Krebserkennung (EID)
Ein einzelnes Teilchen bewegt sich durch eine winzige Öffnung im Chip. Im selben Moment verändert sich der Strom, kaum spürbar, aber eindeutig messbar. Genau diese winzigen Signale nutzten Nina Meier und Karin Peter, um Unterschiede sichtbar zu machen, die sonst verborgen bleiben.
Im Zentrum ihrer Arbeit steht ein Chip mit einer Nanopore, einer Öffnung von rund 200 Nanometern, hunderte Male dünner als ein Haar. Durch den Chip fliesst eine Flüssigkeit mit geladenen Teilchen. Jedes Mal, wenn eins davon die Engstelle passiert, verändert sich der Strom. So entsteht ein charakteristisches Muster im Signal, vergleichbar mit einem elektrischen Fingerabdruck.
«Die Arbeit zeigt eine Methode, mit der sich krebsassoziierte Partikel direkt in einem Chip untersuchen lassen. Ohne teure Reinraumtechnik und mit deutlich einfacherer Herstellung.»
Dr. Duncan Webster, Dozent, Institut für Mechatronische Systeme
Hinter der Idee steht ein biologischer Unterschied: Krankhaft veränderte Zellen – oder die Stoffe, die sie abgeben – verhalten sich anders als gesunde Zellen, etwa durch ihre Oberflächenladung. «Wir messen nicht die Teilchen selbst, sondern ihre Wirkung im Strom», sagt Meier. Peter ergänzt: «So lassen sich Unterschiede erkennen, ohne sie direkt zu sehen.»
Für ihre Versuche arbeiteten die beiden nicht mit echten Krebszellen oder Botenstoffen, sondern mit künstlich geladenen Nanopartikeln. Das Ergebnis: Der Strom reagiert messbar. Je nach Eigenschaften der Teilchen verändern sich das Signal sowie die Zeit, die sie durch die Nanopore brauchen. Die Idee geht über das Experiment hinaus. Viele Verfahren zur Krebserkennung sind heute aufwendig oder kommen erst spät zum Einsatz. Ein Ansatz, der biologische Unterschiede direkt in elektrische Signale übersetzt, könnte neue Möglichkeiten eröffnen. Etwa mit dem Ziel, Krebs früher zu erkennen.
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