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Optische Faser zum Nachweis von Viren

Vor dem Hintergrund der Zunahme viraler Erkrankungen und ihrer Verbreitung gewinnt der eindeutige markierungs- und zerstörungsfreie Nachweis von frei diffundierenden Viren mit Abmessungen kleiner als 20 Nanometer an Bedeutung.

In der Regel werden Viren, die in hoher Quantität vorliegen, nach Fixierung und Anfärbung durch einen Fluoreszenz-Farbstoff im Elektronenmikroskop oder durch Bindung von fluoreszenzmarkierten Antikörpern sichtbar gemacht. Die Markierung eines Virus mit einem Farbstoff verändert jedoch seine Eigenschaften. Mit der neuen Nanoloch-Methode können diese Nachteile umgangen werden, da die Faser in Standardmikroskope integriert und deren Nachweisgrenze dadurch auf andere Nanopartikel erweitert werden kann.

Grundlage für den Nachweis ist eine optische Faser aus Quarzglas, in deren Kern ein Nanoloch mit einem Durchmesser von 200 Nanometern eing­ebunden ist. In dieses Loch werden in Wasser schwimmende Testviren eingefüllt und Licht in den Faserkern eingekoppelt. Trifft das in die Kapillare eingekoppelte Licht nun auf ein Virus, wird ein Teil des Lichts von seiner Ausbreitungsrichtung abgelenkt, d. h. gestreut. Dies ermögliche sehr schnelle Beobachtungen bei einem äußerst geringen Hintergrund. Durch diese Lichtstreuung und mit Hilfe eines Mikroskops kann die Bewegung und Größe des Virus bestimmt werden.

Die Entwicklung der Faser und die Messungen erfolgten am Leibniz-Institut für Photonische Technologien (IPHT) in Zusammenarbeit mit Heraeus Quarzglas und den Universitäten Harvard (USA) und Leiden (Niederlande). Der Einsatz der Nanolochfaser zur Virenuntersuchung ist nur ein erstes Anwendungsfeld. Weiteres Potential der Methode sehen die Forscher in der Medizin, im Bereich Life Science und in der Sensorik.


Originalveröffentlichung:
[S. Faez, Y. Lahini, S. Weidlich, R. F. Garmann, K. Wondraczek, M. Zeisberger, M. A. Schmidt, M. Orrit, V. N. Manoharan, Fast, Label-Free Tracking of Single Viruses and Weakly Scattering Nanoparticles in a Nanofluidic Optical Fiber, ACS Nano, DOI: 10.1021/acsnano.5b05646]

www.leibniz-ipht.de

www.heraeus.com

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