30.04.2010

New paper:

Biocompatible and well-priced
NIM scientists test organic semiconductors for biosensors


Wie toxisch wirkt eine Substanz auf bestimmte Zellen? Welche Strahlendosis verursacht Mutationen? Um Fragen wie diese zu klären, arbeiten Wissenschaftler häufig mit Biosensoren.

Hierbei messen sie, wie ein biologisches System auf verschiedene äußere Faktoren reagiert.

Dabei handelt es sich beispielsweise um Gewebezellen, die flächig auf einem Halbleiter wachsen. Dieser registriert unmittelbar kleinste Potentialänderungen in der Zellschicht.

Dazu gehört  z.B. eine erhöhte Ausschüttung von Ionen wie Ca2+ oder Protonen, die den pH-Wert ändern.

Aus diesen Zellreaktionen können die Wissenschaftler Rückschlüsse auf die Wachstumsdynamik der Zellen und somit auf die Wirkung der Testsubstanz ziehen.


Die Gruppen von PD Dr. Stefan Thalhammer (Helmholtz-Zentrum München, Institut für Strahlenschutz, Arbeitsgruppe NanoAnalytics) und PD Dr. Giuseppe Scarpa (TU München, Institut für Nanoelektronik) haben in ihrer neuesten Veröffentlichung einen neuen Halbleiter-Typ eingesetzt.

Anstatt die Bauteile wie bisher aus teuren anorganischen Materialien wie Silizium oder Galiumnitrid und in aufwändigen Ätzverfahren herzustellen, setzten die Wissenschaftler das organische Polymer Poly(3-hexylthiophen (P3HT) ein.

Diese Verbindung wirkt ebenfalls als Halbleiter, ist deutlich preisgünstiger und lässt sich relativ einfach auf eine Trägerschicht aufdrucken.

Eine zusätzliche Proteinschicht oder auch die gezielte Oxidation des Polymers fördert die Haftung der Zellen.

Das gute Aufwachsen der getesteten Maus-Zellen (Fibroblasten) auf dem Biosensor belegt der Studie nach zudem dessen Biokompatibilität.

So könnten die Biosensoren in Zukunft möglicherweise auch direkt im Gewebe eingesetzt werden.

PUBLIKATION

Giuseppe Scarpa, Anna-Lena Idzko, Stefan Götz, Stefan Thalhammer
Biocompatibility Studies of Functionalized Regioregular Poly(3-hexylthiophene) Layers for Sensing Applications
Macromol Biosci. 2010 Apr 8;10(4):378-83. doi: 10.1002/mabi.200900412

ABSTRACT

There is a significant medical and biological need for cheap disposable analytical sensing devices, which can be used in clinical settings or medical research.

Organic electronics based on polymeric materials, being suitable for large-area, low-cost, flexible, and maybe even disposable electronics, could satisfy this need in a very elegant way.

Unfortunately, the ensurance of biocompatibility and biofunctionalization of conducting and semiconducting polymers is still often lacking.

In the present study, we concentrate on one of the most promising polymeric materials, regioregular poly(3-hexylthiophene) (P3HT), being both a reasonably conducting and optically active polymer.

To overcome biocompatibility problems, protein-based coatings and oxygen-plasma treatments are performed to enable growth of adherent living cells on those modified surfaces.

For our studies, the polymer material is spun or casted onto glass substrates under an inert nitrogen atmosphere.

The toxic solvents are removed by thermal treatment with subsequent application of the coating or functionalizing materials.

Cell-growth studies and adhesion experiments on the modified P3HT thin-film layers are carried out with mouse fibroblasts.

This work demonstrates the biocompatibility and biofunctionalization of an active semiconducting organic polymer, hence opening new possibilities in the realization of biomedical test systems based on organic biosensors in life sciences.

KONTAKT

Giuseppe Scarpa,
Technische Universität München,
Institute for Nanoelectronics,
Arcisstrasse 21,
D- 80333 Munich,
scarpa(at)tum.de,
Tel: (+49) 89 289 25334

Stefan Thalhammer,
Helmholtz Zentrum München,
German Research Center for Environmental Health,
Institute of Radiation Protection,
Ingolstädter Landstrasse 1,
D-85764 Neuherberg,
stefan.thalhammer(at)helmholtz-muenchen.de,
Tel: (+49) 89 3187 2893

LINK

http://www.nano-initiative-munich.de/en/press/press-releases/meldung/n/biocompatible-and-well-priced/