DE102006032953A1

DE102006032953A1 - Biosensorrohling und Verfahren zum Herstellen einer Biosensoranordnung

Info

Publication number: DE102006032953A1
Application number: DE200610032953
Authority: DE
Inventors: Béla KELETY
Original assignee: Iongate Biosciences GmbH
Current assignee: Iongate Biosciences GmbH
Priority date: 2006-07-17
Filing date: 2006-07-17
Publication date: 2008-02-14

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Biosensorrohling (1') sowie ein Verfahren zum Herstellen einer Biosensoranordnung (1). Kerngedanke ist, bei dem Biosensorrohling (1') in elektrisch kapazitiver Kopplung zu einer vorgesehenen Elektrode (26) eine Mehrzahl Primärträger (10) vorzusehen, welche zur In-Vitro-Translation ausgebildet sind, um dadurch in regelbarer Art und Weise über einen Prozess der In-Vitro-Translation zu einer elektrischen Aktion aktivierbare biologische Einheiten (12) ausbilden zu können.

Description

Die Erfindung betrifft einen Biosensorrohling und ein Verfahren zum Herstellen einer Biosensoranordnung. Die Erfindung betrifft insbesondere einen Biosensorrohling für die Herstellung einer Biosensoranordnung für die amperometrische und/oder potentiometrische pharmakologische Wirkort- und/oder Wirkstofftestung sowie ein Verfahren zum Herstellen einer Biosensoranordnung für die amperometrische und/oder potentiometrische pharmakologische Wirkort- und/oder Wirkstofftestung. Speziell betrifft die Erfindung auch einen zur In-Vitro-Translation (IVT) fähigen oder IVT-fähigen Biosensorrohling.
Bevor Genussmittel, Medikamente und andere Präparate zur Anwendung bei Mensch, Tier und Pflanze kommen können, müssen im Hinblick auf die Zulassung auf dem Markt bestimmte Kriterien hinsichtlich des Nachweises ihrer Wirksamkeit und/oder ihrer Unbedenklichkeit, also hinsichtlich ihrer Nebenwirkungen, erfüllt werden. Entsprechend sind im Stand der Technik unterschiedliche Verfahren und Messeinrichtungen bekannt, mit denen entsprechende Eigenschaften bestimmter Wirkstoffe quantitativ und qualitativ analysiert und beschrieben werden können.
Andererseits ist es oft wünschenswerte, vorgegebene und bekannte Wirkstoffe an einem bestimmten Wirkort zu applizieren, z.B. an einem bestimmten Protein, an einer Zelle, einem Gewebe oder dergleichen, um die Funktionsweise dieses Wirkortes zu beeinflussen und/oder zu untersuchen.
Übliche Experimente am Gesamtorganismus sind aufgrund der Komplexität der Organismen und ferner aufgrund ethischer und moralischer Umstände oft bedenklich, und die damit erzielten Ergebnisse haben eine nur beschränkte Aussagekraft.
Folglich wurden Verfahren und Einrichtungen entwickelt, mit deren Hilfe eine isolierte Betrachtung der Wirkungsweise zu testender Wirkstoffe auf isolierte Wirkzentren oder eine Untersuchung der Wirkzentren selbst – insbesondere im Rahmen eines Deorphaningprozesses bei unbekannter Funktion des Wirkzentrums – möglich ist. Dabei werden bestimmte Gewebe, isolierte Zellen und/oder andere biologische Einheiten, zum Beispiel Proteine oder dergleichen, in isolierter Art und Weise einer Betrachtung zugänglich gemacht. Es sind zum Beispiel Techniken bekannt, die unter Verwendung von Farbstoffen arbeiten und sich ändernde Bindungsspezifitäten ausnutzen und darstellen. Falls diese Vorgehensweise überhaupt möglich ist, ist sie aber dahingehend nachteilig, dass ihr oft nur ein geringes Auflösungsvermögen und eine geringe Empfindlichkeit dabei aber eine hohe Fehleranfälligkeit zukommen.
Andererseits sind aber auch elektrophysiologische Methoden bekannt, zum Beispiel die so genannten Patchclamp-Technik oder Voltageclamp-Technik, bei welcher zum Beispiel Zellen isoliert einer elektrophysiologischen Untersuchung zugänglich sind. Bei diesem Vorgehen werden native Zellen unterschiedlichen Bedingungen ausgesetzt und es werden bestimmte elektrische Aktivitäten, die durch die Zellen über die darin enthaltenen Organellen und/oder Proteine oder dergleichen vermittelt werden, gemessen. Trotz der dabei erzielbaren hohen Genauigkeit sind diese bekannten elektrophysiologischen Methoden dahingehend nachteilig, dass sie oft eine nur geringe Reproduzierbarkeit der Ergebnisse liefern, aufgrund ihres hohen messtechnischen Aufwandes und ihrer Störanfälligkeit für einen schnellen, automatisierbaren und/oder breiten Einsatz ungeeignet sind und aufgrund der in der Regel nativen Umgebung der zu untersuchenden Objekte gewisse Probleme bei der Diskriminierung unerwünschter Signalanteile aufweisen.
Zur Überwindung der oben beschriebenen Probleme wurden vielfältige Anordnungen für Biosensoren ersonnen. Diese zeichnen sich unter anderem insbesondere dadurch aus, dass die vorgesehene Elektrodenanordnung eine kapazitiv gekoppelte Elektrode aufweist oder bildet, um elektrische Aktionen oder eine elektrische Aktivität biologischer Einheiten, welche in Primärträgern vorgesehen sind, die kapazität gekoppelt Bestandteil der Biosensoranordnung sind, zu messen und auszuwerten.
Dabei ist problematisch, dass die biologischen Einheiten als solche, z.B. Membranproteine oder dergleichen, dem Benutzer einer derartigen Biosensoranordnung substantiell vorliegen müssen. Dies kann einen erheblichen präparativen Aufwand bedeuten, um entweder die entsprechenden Membranproteine selbst herzustellen oder zu isolieren und/oder um die dann vorhandenen Membranproteine oder andere biologische Einheiten in die Primärträger einzubinden, seien dies Vesikel, Membranfragmente oder andere Primärträger.
Bevor also die Biosensoranordnung z.B. im Rahmen eines pharmakologischen Essays verwendet werden kann, sind vom Benutzer erhebliche Vorarbeiten zu leisten, um die zu verwendende Biosensoranordnung in einen Zustand zu bringen, der eine Anwendung ermöglicht.
Der Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, einen Biosensorrohling oder eine Biosensorvorform und ein Herstellungsverfahren für eine Biosensoranordnung anzugeben, durch welche auf besonders einfache und doch zuverlässige Art und Weise und unter Vermeidung aufwändiger präparativer Vorarbeiten eine Biosensoranordnung mit definierten Eigenschaften erzeugbar ist.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird bei einem Biosensorrohling erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird bei einem Herstellungsverfahren für eine Biosensoranord nung erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 29 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Biosensorrohlings und des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen einer Biosensoranordnung sind Gegenstand der abhängigen Unteransprüche.
Eine Kernidee der vorliegenden Erfindung besteht in ihrer allgemeinsten Form darin, einen Rohling oder eine Vorform für einen Biosensor bereitzustellen und dann in einem entsprechenden Herstellungsverfahren für eine Biosensoranordnung einzusetzen, welcher in der Lage ist, einen Prozess der In-Vitro-Translation durchzuführen, um über den Prozess der In-Vitro-Translation die Vorform oder den Rohling für den Biosensor in einen Biosensor oder in eine Biosensoranordnung mit einer entsprechend gewünschten biologischen Einheit fertig zu stellen.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Biosensorrohling, insbesondere für die Herstellung eines Biosensors oder einer Biosensoranordnung für die amperometrische und/oder potentiometrische pharmakologische Wirkort- und/oder Wirkstofftestung, vorgeschlagen.
Der erfindungsgemäße Biosensorrohling weist zumindest eine elektrisch leitfähige Elektrode auf. Eine Mehrzahl Primärträger ist in elektrisch kapazitiver Kopplung zur Elektrode vorgesehen ist. Die Primärträger sind erfindungsgemäß zur In-Vitro-Translation ausgebildet, um in regelbarer Art und Weise über einen Prozess der In-Vitro-Translation zu einer elektrischen Aktion aktivierbare biologische Einheiten auszubilden oder ausbilden zu können.
Für die Durchführbarkeit oder für die Durchführung des Prozesses der In-Vitro-Translation am oder im Primärträger kann ein oder können mehrere ribosomale Einheiten vorgesehen sein.
Die ribosomale Einheit kann ein Ribosom sein oder ein Ribosom R' aufweisen.
Der Primärträger kann eine aus einem endoplasmatischen Retikulum abgeleitete Einheit sein.
Der Primärträger kann ein aus einem endoplasmatischen Retikulum abgeleitetes Vesikel oder Liposom ist.
Der Primärträger kann ein aus einem endoplasmatischen Retikulum abgeleitetes Membranfragment oder ein Membranfragment eines aus einem endoplasmatischen Retikulum abgeleiteten Vesikels oder Liposoms sein.
Als Primärträger kann zusätzlich oder alternativ eine eukariontische Zelle, eine prokariontische Zelle, ein Oozyt, eine bakterielle Einheit, eine virale Einheit und/oder deren Bestandteile, Organellen, Fragmente, Membranfragmente oder Verbände in nativer Form, in abgewandelter Form, in gereinigter Form, in mikrobiologisch geänderter Form oder in molekularbiologisch geänderter Form vorgesehen sein.
Als Primärträger kann zusätzlich oder alternativ ein Vesikel, ein Liposom, eine mizelläre Struktur und/oder deren Bestandteile, Fragmente, Membranfragmente oder Verbände in nativer Form, in abgewandelter Form, in gereinigter Form, in mikrobiologisch geänderter Form oder in molekularbiologisch geänderter Form vorgesehen sein.
Der Primärträger kann eine Membran mit einer Außenseite und mit einer Innenseite aufweisen.
Die ribosomale Einheit kann an der und/oder in der Membran des Primärträgers ausgebildet sein, insbesondere an der oder mit Zugriff auf die Außenseite.
Bei einer Ausführungsform können die Außenseite die zytoplasmatische Seite und die Innenseite die luminale Seite sein.
Bei einer anderen Ausführungsform wird die Inside-Out-Konfiguration realisiert. Dort bildet wird die Innenseite von der zytoplasmatischen Seite und die Außenseite von der luminalen Seite gebildet.
Durch den Prozess der In-Vitro-Translation kann als biologische Einheit 12 jeweils eine zu einem zumindest teilweise elektrogenem Ladungsträgertransport und/oder zu einer zumindest teilweise elektrogenen Ladungsträgerbewegung aktivierbare biologische, chemische und/oder biochemische Einheit, eine Transporteinheit und/oder ein oder mehrere von deren Bestandteilen, Fragmenten und/oder Verbänden ausbildbar sein.
Durch den Prozess der In-Vitro-Translation als biologische Einheit kann jeweils eine – insbesondere artifizielle – Polypeptidekette, ein Membranprotein, eine Ionenpumpe, ein Ionenkanal, ein Transporter oder ein Rezeptor ausbildbar sein.
Durch den Prozess der In-Vitro-Translation kann die biologische Einheit jeweils in nativer Form, in abgewandelter Form, in gereinigter Form, in mikrobiologisch geänderter Form und/oder molekularbiologisch geänderter Form ausbildbar sein.
Der Primärträger kann in – insbesondere unmittelbarer – räumlicher Nachbarschaft der Elektrode vorgesehen sein.
Die Elektrode kann gegenüber den Primärträgern elektrisch isoliert ausgebildet ist.
Die Elektrode kann festkörperartig ausgebildet sein.
Die Elektrode kann festkörperunterstützt ausgebildet sein.
Es kann ein festkörperartiger Träger mit einer Oberfläche vorgesehen sein.
Die Elektrode kann als zusammenhängende Materialschicht auf der Oberfläche des Trägers ausgebildet sein.
Die Elektrode kann mindestens ein metallisches Material aufweisen oder daraus gebildet sein, insbesondere aus einem Edelmetall, vorzugsweise aus Gold, Silber oder Platin.
Der Träger kann ein elektrisch isolierendes und/oder chemisch inertes Material aufweisen oder daraus gebildet sein, insbesondere ein Glas, ein Kunststoff oder ein Polymer.
Die Elektrode kann als auf der Oberfläche des Trägers abgeschiedene, insbesondere aufgedampfte oder gesputterte Materialschicht, ausgebildet sein, vorzugsweise mit einer Schichtstärke von 10 bis 200 nm.
Es kann mindestens ein Isolationsbereich ausgebildet sein, durch welchen die Elektrode elektrisch isoliert oder isolierbar ist, insbesondere in Bereichen davon, welche zum mechanischen Kontakt mit den Primärträgern und/oder im Betrieb zum mechanischen Kontakt mit einem Messmedium und/oder mit einem Synthesemedium vorgesehen sind.
Der Isolationsbereich kann zumindest teilweise schichtartig, insbesondere mehrschichtig ausgebildet ist.
Der Isolationsbereich kann zumindest teilweise als Monoschicht, als Monolage oder als Abfolge von Monoschichten oder Monolagen ausgebildet sein, insbesondere jeweils als spontan selbstorganisierende Schicht oder als Self-Assembling-Schicht.
Als Unterschicht oder als unterster und der Elektrode zugewandter Bereich des Isolationsbereichs kann eine Schicht ei ner organischen Thioverbindung vorgesehen sein, vorzugsweise eines langkettigen Alkanthiols, insbesondere aus Oktadekanthiol.
Als Oberschicht oder als oberster und von der Elektrode abgewandter oder Oberflächenbereich des Isolationsbereichs kann eine Schicht einer amphiphilen organischen Verbindung vorgesehen sein, insbesondere eines Lipids.
Der Isolationsbereich insbesondere die Unterschicht davon, kann mit oder von einer Schicht aus Teflon, einem Kunststoff oder einem Polymer gebildet sein, insbesondere mit einer Schichtdicke von weniger als 5 μm.
Der Biosensorrohling kann auch auf einem Polymersensor beruhen:
Der Biosensorrohling kann dazu mit mindestens einem Elektrodensubstrat für die Elektrode mit einer Oberfläche ausgebildet sein, wobei das Elektrodensubstrat der Elektrode mit oder aus einem Kunststoffmaterial oder einem Polymermaterial ausgebildet ist und wobei das Kunststoffmaterial oder das Polymermaterial elektrisch leitfähig ausgebildet ist.
Der Isolationabereich kann mit oder aus mindestens einem Biomaterialbereich ausgebildet sein, welcher in und/oder auf der Oberfläche des Elektrodensubstrats der Elektrode vorgesehen ist.
Das Kunststoffmaterial oder das Polymermaterial können mit oder aus einem oder mehreren organischen Materialien ausgebildet sein.
Die elektrische Leitfähigkeit des Kunststoffmaterials oder des Polymermaterials kann durch das Vorsehen mindestens eines ersten Zuschlagsstoffes im Kunststoffmaterial oder Polymermaterial ausgebildet sein.
Als mindestens ein erster Zuschlagsstoff kann ein metallisches Material vorgesehen sein.
Als mindestens ein erster Zuschlagsstoff kann eine Form von Kohlenstoff vorgesehen sein.
Als mindestens ein erster Zuschlagsstoff kann ein Material aus oder mit Nanopartikeln und/oder mit Nanotubes vorgesehen sein.
Als mindestens ein erster Zuschlagsstoff können ein Material oder eine Kombination von Materialien aus der Gruppe vorgesehen sein, die besteht aus Kohlenstoff in Form von Ruß, Kohlenstoff in Form von Graphit, Kohlenstoff in Form von Nanopartikeln, Kohlenstoff in Form von Buckminsterfullerenen oder deren – insbesondere gecageten – Derivaten, Kohlenstoff in Form von Nanotubes und Derivaten dieser Materialien.
Der Biomaterialbereich kann elektrisch isolierend ausgebildet sein.
Durch den Biomaterialbereich kann das Elektrodensubstrat der Elektrode elektrisch isoliert ausgebildet sein.
Der Biomaterialbereich kann schichtartig ausgebildet sein.
Der Biomaterialbereich kann mit einer oder aus einer Abfolge von Monoschichten gebildet sein.
Die Monoschichten könnenals spontan selbstorganisierende Schichten ausgebildet sein.
Der Biomaterialbereich oder eine oder mehrere Schichten des Biomaterialbereichs können als chemisch und/oder physikalisch modifizierter oder umgewandelter Bereich der Oberfläche des Elektrodensubstrats der Elektrode ausgebildet sein.
Der Biomaterialbereich oder eine oder mehrere Schichten des Biomaterialbereichs können über einen zweiten Zuschlagsstoff im Material des Elektrodensubstrats der Elektrode ausgebildet sein.
Der Biomaterialbereich oder eine oder mehrere Schichten des Biomaterialbereichs können über eine inhärente Oberflächenstruktur im Material des Elektrodensubstrats der Elektrode ausgebildet sein.
Der Biomaterialbereich oder eine oder mehrere Schichten des Biomaterialbereichs können über ein zusätzlich auf die Oberfläche des Elektrodensubstrats der Elektrode aufgebrachtes Oberflächenmaterial ausgebildet sein.
Der Biomaterialbereich kann als Schicht oder mit einer obersten und vom Elektrodensubstrat der Elektrode abgewandten Schicht mit oder aus einer amphiphilen organischen Verbindung oder einem Lipid ausgebildet sein.
Der Biosensorrohling kann – insbesondere über entsprechend ausgebildete Primärträger – zur In-Vitro-Transskription ausgebildet sein, um in regelbarer Art und Weise die für die In-Vitro-Translation notwendige genetische Information, insbesondere in Form von RNA-Einheiten ausbilden zu können oder auszubilden.
Der Bereich, welcher durch den die Elektrode isolierenden und/oder abdeckenden Bereich des Isolationsbereichs definiert wird, kann eine Membranstruktur aufweisen oder bilden und zumindest teilweise eine spezifische elektrische Leitfähigkeit von etwa G_m ≈ 1-100 nS/cm², eine spezifische Kapazität von etwa C_m ≈ 10-1000 nF/cm² und/oder eine Fläche von etwa A ≈ 0,1-50 mm² aufweisen.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines Biosensors geschaffen, insbesondere für eine Biosensoranordnung für die amperometrische und/oder potentiometrische pharmakologische Wirkort- und/oder Wirkstofftestung.
Das Verfahren weist die Schritte Bereitstellen eines erfindungsgemäßen Biosensorrohlings, Bereitstellen eines Synthesemediums, Einbringen des Biosensorrohlings in das Synthesemedium und Durchführen des Prozesses der In-Vitro-Translation und dadurch Ausbilden zu einer elektrischen Aktion aktivierbarer biologischer Einheiten auf.
Es kann ein wässriges Synthesemedium verwendet werden.
Vorzugsweise kann ein Synthesemedium verwendet werden, welches die für die zu erzeugende biologische Einheit charakteristische genetische Information enthält, insbesondere in Form entsprechender RNA-Einheiten und/oder DNA-Einheiten.
Zur Initiierung und/oder zur Unterhaltung des Prozesses der In-Vitro-Translation kann die für die zu erzeugende biologische Einheit charakteristische genetische Information, insbesondere in Form entsprechender RNA-Einheiten und/oder DNA-Einheiten, und/oder eine oder mehrere andere Startsubstanzen und/oder Synthesesubstanzen im Synthesemedium vorliegen oder in das Synthesemedium eingebracht werden.
Zur Initiierung und/oder zur Unterhaltung des Prozesses der In-Vitro-Translation können die für die zu erzeugende biologische Einheit charakteristische Synthesebausteine oder Synthesestoffe, insbesondere in Form entsprechender Aminosäureeinheiten, Aminosäuren und/oder deren Vorformen oder Derivate, vorzugsweise basierend auf den zwanzig biologisch essentiellen Aminosäuren, und/oder eine oder mehrere andere Startsubstanzen und/oder Synthesesubstanzen – z.B. Transfer-RNA- Einheiten oder tRNA-Einheiten – im Synthesemedium vorliegen oder in das Synthesemedium eingebracht werden.
Alternativ oder zusätzlich kann zur Initiierung und/oder zur Unterhaltung eines Prozesses der In-Vitro-Transskription die für die zu erzeugende biologische Einheit charakteristische genetische Information, insbesondere in Form DNA-Einheiten, und/oder eine oder mehrere andere Startsubstanzen und/oder Synthesesubstanzen in das Synthesemedium eingebracht werden.
Ferner können zur Initiierung und/oder zur Unterhaltung eines Prozesses der In-Vitro-Transskription für die zu erzeugende biologische Einheit 12 charakteristische Synthesebausteine oder Synthesestoffe, insbesondere in Form entsprechender Nukleinsäureeinheiten, Nukleinsäuren, Nukleasiden, Nukleotiden und/oder deren Vorformen oder Derivaten, und/oder eine oder mehrere andere Startsubstanzen und/oder Synthesesubstanzen in das Synthesemedium eingebracht werden.
In den zuletzt genannten beiden Fällen müssen alle für die DNA-Transskription notwendigen Transskriptioneelemente vorhanden sein.
Biologische Einheit
Als im Wesentlichen biologische Einheiten kommen vorangehend und nachfolgend sämtliche Einheiten in Frage, die zu einer zumindest teilweise elektrisch ausgebildeten Aktion veranlassbar sind. Insbesondere sind derartige biologische Einheiten denkbar, die zumindest zu einem teilweise elektrogenen und/oder elektrophoretischen Ladungsträgertransport und/oder zu einer zumindest teilweise elektrogenen oder elektrophoretischen Ladungsträgerbewegung aktivierbar sind und welche biologische, chemische und biochemische Einheiten darstellen. Dabei handelt es sich insbesondere um Transporteinheiten, die auf ihre Aktivierung hin Ladungsträger bewegen. Denkbar sind auch Bestandteile, Fragmente und/oder Verbände derartiger Einheiten, insbesondere Transporteinheiten.
Elektrische Aktion/elektrische Aktivität
In Bezug auf die biologischen Einheiten bestehen Erkenntnisse und/oder Vermutungen dahingehend, dass bestimmte Prozesse mit zumindest einem elektrogenen Teilschritt oder Teilprozess verbunden sind. Diese elektrogenen Teilschritte oder Teilprozesse können mit einem tatsächlichen Stofftransport verbunden sein, wie zum Beispiel bei einem Kanal, einer Ionenpumpe, oder bestimmten Transportern. Es sind aber auch biologische Einheiten, insbesondere Membranproteine, bekannt, deren elektrische Aktivität nicht mit einem Nettostofftransport zusammenhängt, sondern lediglich mit einer, gegebenenfalls reversiblen, Ladungsverschiebung im Rahmen einer Konformationsänderung oder Bindung oder dergleichen. Auch solche elektrischen Aktivitäten sind grundsätzlich als kurzzeitige Verschiebungsströme und/oder Potenzialänderungen erfindungsgemäß messbar. Sämtliche der genannten elektrischen oder elektrogenen Phänomene werden vorangehend und nachfolgend als elektrische Aktion oder elektrische Aktivität aufgefasst.
Diese und weitere Aspekte werden auch anhand der nachstehenden Bemerkungen erläutert:
Sensoren für Messungen mit oder an Biosensoren, insbesondere an festkörperunterstützten Membranen, wie z.B. dem SURFE²R-System, werden durch Beschichtung eines Sensorrohlings in Form einer kapazitiv gekoppelten Elektrode mit proteinhaltigen Membranfragmenten hergestellt.

a) Dabei wird vorausgesetzt, dass der Anwender oder Experimentator das zu untersuchende Protein in funktioneller Form vorliegen hat oder erzeugen bzw. präparieren kann und die dazu notwendigen Laborgeräte besitzt.
b) Von den zugegebenen Proteinmengen wird bei der Sensorfertigstellung nur ein verschwindend kleiner Anteil so an den Sensor adsorbiert, dass er für die Messungen genutzt wird. Die überwiegende Menge des erzeugten Proteins geht verloren.

Üblicherweise erfolgt also die Lieferung von Proteinproben durch einen Zulieferer. Das Protein wird dann in großer Menge zur Sensorpräparation zugegeben und es muss entsprechend viel Protein erzeugt werden. Bisher wurde zum Teil versucht, die Proteinlösung mehrfach zu verwenden. Nachteilig ist, dass der Anwender oder Experimentator von der externen oder internen, also eigenen Erzeugung des Proteins abhängig ist. Es gehen große Mengen Protein während der Sensorvorbereitung verloren.
Aus z.B. Insektenzellen oder auch aus Escherichia coli können alle notwendigen Komponenten für die Synthese von Proteinen isoliert werden. Durch Zugabe von Synthesebausteinen und DNA bzw. RNA als Bauplan können Proteine zellfrei also in-vitro hergestellt werden, eine derartige Mischung wird als Synthesemedium bezeichnet. Für die Synthese von Membranproteinen in-vitro werden erfindungsgemäß z.B. Vesikel eines endoplasmatischen Retikulums oder ER auf der Oberfläche eines Sensorrohlings vorgesehen, in die dann bei der In-Vitro-Synthese (IVT) im Synthesemedium das Protein eingebaut wird, so dass im Synthesemedium aus dem Sensorrohling ein fertiger Sensor ensteht.
Eine Kernidee der Erfindung ist, z.B. die ER-Vesikel vor der IVT an die Sensorrohlinge oder SURFE²R-Sensoren anzulagern und überschüssige ER-Vesikel zu entfernen. Für die bei der IVT erzeugten Proteinmoleküle stehen dann nur noch funktionell gekoppelte Vesikel zur Verfügung. Damit wird erreicht dass der Experimentator nur noch den genetischen Bauplan (DNA, RNA) seines Proteins haben muss, alle weiteren notwendigen Schritte werden auf dem Sensorrohling oder SURFE²R-Sensor durchgeführt. Die In-Vitro-Translation führt in diesem System dazu, dass alle in die ER-Vesikel eingebauten Proteine funktionell an den Sensorrohling oder SURFE²R-Sensor gekoppelt sind.
In vorteilhafter Weise erfolgt erfindungsgemäß eine sehr hohe oder 100%-ige Orientierung des Proteins als biologischer Einheit.
Es erfolgt erfindungsgemäß also ein Wechsel von der Anlagerung des Proteins oder der proteinbeladenen Primärträger in Form von Vesikeln oder Membranfrgamenten auf die Synthese des Proteins.
Es erfolgt erfindungsgemäß ebenso ein Wechsel von der Adsorption zur Festphasensynthese auf dem Sensorrohling
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand einer schematischen Zeichnung auf der Grundlage bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert.
1 zeigt in einer schematischen und teilweise geschnittenen Seitenansicht den Vorgang des Ausbildens oder Bereitstellens des erfindungsgemäßen Biosensorrohlings
2 zeigt in schematischer und teilweise geschnittener Seitenansicht ein erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Biosensorrohlings.
3A-I zeigen in schematischer und teilweise geschnittener Seitenansicht verschiedene Zwischenstufen, die bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen einer Biosensoranordnung erreicht werden.
4 zeigt in einer schematischen und teilweise geschnittenen Seitenansicht eine andere Ausfüh rungsform des erfindungsgemäßen Biosensorrohlings.
5 zeigt in schematischer und teilweise geschnittener Seitenansicht eine Biosensoranordnung auf der Grundlage der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Biosensorrohlings aus 4.
6, 7 zeigen in schematischer und teilweise geschnittener Seitenansicht zwei Anwendungen erfindungsgemäß hergestellter Biosensoranordnungen.
Zunächst wird im Folgenden ganz allgemein auf die Figuren Bezug genommen:
Nachfolgend werden für funktional und/oder strukturell ähnliche, identische oder vergleichbare Elemente dieselben Bezugszeichen verwendet, ohne dass in jedem Fall ihres Auftretens eine detaillierte Beschreibung wiederholt wird.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Biosensorrohling 1', insbesondere für die Herstellung eines Biosensors 1 oder einer Biosensoranordnung 1 für die amperometrische und/oder potentiometrische pharmakologische Wirkort- und/oder Wirkstofftestung, vorgeschlagen.
Der erfindungsgemäße Biosensorrohling 1 weist zumindest eine elektrisch leitfähige Elektrode 26 auf. Eine Mehrzahl Primärträger 10 ist in elektrisch kapazitiver Kopplung zur Elektrode 26 vorgesehen ist. Die Primärträger 10 sind erfindungsgemäß zur In-Vitro-Translation ausgebildet, um in regelbarer Art und Weise über einen Prozess der In-Vitro-Translation zu einer elektrischen Aktion aktivierbare biologische Einheiten 12 auszubilden oder ausbilden zu können.
Für die Durchführbarkeit oder für die Durchführung des Prozesses der In-Vitro-Translation am oder im Primärträger 10 kann ein oder können mehrere ribosomale Einheiten R vorgesehen sein.
Die ribosomale Einheit R kann ein Ribosom R' sein oder ein Ribosom R' aufweisen.
Der Primärträger 10 eine aus einem endoplasmatischen Retikulum abgeleitete Einheit sein.
Der Primärträger 10 kann ein aus einem endoplasmatischen Retikulum abgeleitetes Vesikel VER oder Liposom ist.
Der Primärträger 10 kann ein aus einem endoplasmatischen Retikulum abgeleitetes Membranfragment MER oder ein Membranfragment MER eines aus einem endoplasmatischen Retikulum abgeleiteten Vesikels VER oder Liposoms sein.
Als Primärträger 10 kann zusätzlich oder alternativ eine eukariontische Zelle, eine prokariontische Zelle, ein Oozyt, eine bakterielle Einheit, eine virale Einheit und/oder deren Bestandteile, Organellen, Fragmente, Membranfragmente oder Verbände in nativer Form, in abgewandelter Form, in gereinigter Form, in mikrobiologisch geänderter Form oder in molekularbiologisch geänderter Form vorgesehen sein.
Als Primärträger 10 kann zusätzlich oder alternativ ein Vesikel, ein Liposom, eine mizelläre Struktur und/oder deren Bestandteile, Fragmente, Membranfragmente oder Verbände in nativer Form, in abgewandelter Form, in gereinigter Form, in mikrobiologisch geänderter Form oder in molekularbiologisch geänderter Form vorgesehen sein.
Der Primärträger 10 kann eine Membran 11 mit einer Außenseite 11a und mit einer Innenseite 11b aufweisen.
Die ribosomale Einheit R kann an der und/oder in der Membran 11 des Primärträgers 10 ausgebildet sein, insbesondere an der oder mit Zugriff auf die Außenseite 11a.
Durch den Prozess der In-Vitro-Translation kann als biologische Einheit 12 jeweils eine zu einem zumindest teilweise elektrogenem Ladungsträgertransport und/oder zu einer zumindest teilweise elektrogenen Ladungsträgerbewegung aktivierbare biologische, chemische und/oder biochemische Einheit 12, eine Transporteinheit und/oder ein oder mehrere von deren Bestandteilen, Fragmenten und/oder Verbänden ausbildbar sein.
Durch den Prozess der In-Vitro-Translation als biologische Einheit 12 kann jeweils eine – insbesondere artifizielle – Polypeptidekette, ein Membranprotein, eine Ionenpumpe, ein Ionenkanal, ein Transporter oder ein Rezeptor ausbildbar sein.
Durch den Prozess der In-Vitro-Translation kann die biologische Einheit 12 jeweils in nativer Form, in abgewandelter Form, in gereinigter Form, in mikrobiologisch geänderter Form und/oder molekularbiologisch geänderter Form ausbildbar sein.
Der Primärträger 10 kann in – insbesondere unmittelbarer – räumlicher Nachbarschaft der Elektrode 26 vorgesehen sein.
Die Elektrode 26 kann gegenüber den Primärträgern 10 elektrisch isoliert ausgebildet ist.
Die Elektrode 26 kann festkörperartig ausgebildet sein.
Die Elektrode 26 kann festkörperunterstützt ausgebildet sein.
Es kann ein festkörperartiger Träger 22 mit einer Oberfläche 22a vorgesehen sein.
Die Elektrode 26 kann als zusammenhängende Materialschicht auf der Oberfläche 22a des Trägers 22 ausgebildet sein.
Die Elektrode 26 kann mindestens ein metallisches Material aufweisen oder daraus gebildet sein, insbesondere aus einem Edelmetall, vorzugsweise aus Gold, Silber oder Platin.
Der Träger 22 kann ein elektrisch isolierendes und/oder chemisch inertes Material aufweisen oder daraus gebildet sein, insbesondere ein Glas, ein Kunststoff oder ein Polymer.
Die Elektrode 26 als auf der Oberfläche 22a des Trägers 22 abgeschiedene, insbesondere aufgedampfte oder gesputterte Materialschicht, ausgebildet sein, vorzugsweise mit einer Schichtstärke von 10 bis 200 nm.
Es kann mindestens ein Isolationsbereich 24 ausgebildet sein, durch welchen die Elektrode 26 elektrisch isoliert oder isolierbar ist, insbesondere in Bereichen davon, welche zum mechanischen Kontakt mit den Primärträgern 10 und/oder im Betrieb zum mechanischen Kontakt mit einem Messmedium 30 und/oder mit einem Synthesemedium SYN vorgesehen sind.
Der Isolationsbereich 24 kann zumindest teilweise schichtartig, insbesondere mehrschichtig ausgebildet ist.
Der Isolationsbereich 24 kann zumindest teilweise als Monoschicht, als Monolage oder als Abfolge von Monoschichten oder Monolagen ausgebildet sein, insbesondere jeweils als spontan selbstorganisierende Schicht oder als Self-Assembling-Schicht.
Als Unterschicht 24b oder als unterster und der Elektrode 26 zugewandter Bereich 24b des Isolationsbereichs 24 kann eine Schicht einer organischen Thioverbindung vorgesehen sein, vorzugsweise eines langkettigen Alkanthiols, insbesondere aus Oktadekanthiol.
Als Oberschicht 24a oder als oberster und von der Elektrode 26 abgewandter oder Oberflächenbereich 24a des Isolationsbereichs 24 kann eine Schicht einer amphiphilen organischen Verbindung vorgesehen sein, insbesondere eines Lipids.
Der Isolationsbereich 24, insbesondere die Unterschicht 24b davon, kann mit oder von einer Schicht aus Teflon, einem Kunststoff oder einem Polymer gebildet sein, insbesondere mit einer Schichtdicke von weniger als 5 μm.
Der Biosensorrohling 1' kann mit mindestens einem Elektrodensubstrat für die Elektrode 26 mit einer Oberfläche 26a ausgebildet sein, wobei das Elektrodensubstrat der Elektrode 26 mit oder aus einem Kunststoffmaterial oder einem Polymermaterial ausgebildet ist und wobei das Kunststoffmaterial oder das Polymermaterial elektrisch leitfähig ausgebildet ist.
Der Isolationabereich 24 kann mit oder aus mindestens einem Biomaterialbereich ausgebildet sein, welcher in und/oder auf der Oberfläche 26a des Elektrodensubstrats der Elektrode 26 vorgesehen ist.
Das Kunststoffmaterial oder das Polymermaterial können mit oder aus einem oder mehreren organischen Materialien ausgebildet sein.
Die elektrische Leitfähigkeit des Kunststoffmaterials oder des Polymermaterials kann durch das Vorsehen mindestens eines ersten Zuschlagsstoffes im Kunststoffmaterial oder Polymermaterial ausgebildet sein.
Als mindestens ein erster Zuschlagsstoff kann ein metallisches Material vorgesehen sein.
Als mindestens ein erster Zuschlagsstoff kann eine Form von Kohlenstoff vorgesehen sein.
Als mindestens ein erster Zuschlagsstoff kann ein Material aus oder mit Nanopartikeln und/oder mit Nanotubes vorgesehen sein.
Als mindestens ein erster Zuschlagsstoff können ein Material oder eine Kombination von Materialien aus der Gruppe vorgesehen sein, die besteht aus Kohlenstoff in Form von Ruß, Kohlenstoff in Form von Graphit, Kohlenstoff in Form von Nanopartikeln, Kohlenstoff in Form von Buckminsterfullerenen oder deren – insbesondere gecageten – Derivaten, Kohlenstoff in Form von Nanotubes und Derivaten dieser Materialien.
Der Biomaterialbereich kann elektrisch isolierend ausgebildet sein.
Durch den Biomaterialbereich kann das Elektrodensubstrat der Elektrode 26 elektrisch isoliert ausgebildet sein.
Der Biomaterialbereich kann schichtartig ausgebildet sein.
Der Biomaterialbereich kann mit einer oder aus einer Abfolge von Monoschichten 24a, 24b gebildet sein.
Die Monoschichten 24a, 24b könnenals spontan selbstorganisierende Schichten ausgebildet sein.
Der Biomaterialbereich oder eine oder mehrere Schichten 24b, 24a des Biomaterialbereichs können als chemisch und/oder physikalisch modifizierter oder umgewandelter Bereich der Oberfläche 26a des Elektrodensubstrats der Elektrode 26 ausgebildet sein.
Der Biomaterialbereich oder eine oder mehrere Schichten 24b, 24a des Biomaterialbereichs können über einen zweiten Zuschlagsstoff im Material des Elektrodensubstrats der Elektrode 26 ausgebildet sein.
Der Biomaterialbereich oder eine oder mehrere Schichten 24b, 24a des Biomaterialbereichs können über eine inhärente Oberflächenstruktur im Material des Elektrodensubstrats der Elektrode 26 ausgebildet sein.
Der Biomaterialbereich oder eine oder mehrere Schichten 24b, 24a des Biomaterialbereichs können über ein zusätzlich auf die Oberfläche 26a des Elektrodensubstrats der Elektrode 26 aufgebrachtes Oberflächenmaterial ausgebildet sein.
Der Biomaterialbereich kann als Schicht oder mit einer obersten und vom Elektrodensubstrat der Elektrode 26 abgewandten Schicht 24, 24b mit oder aus einer amphiphilen organischen Verbindung oder einem Lipid ausgebildet sein.
Der Biosensorrohling 1' kann – insbesondere über entsprechend ausgebildete Primärträger 10 – zur In-Vitro-Transskription ausgebildet sein, um in regelbarer Art und Weise die für die In-Vitro-Translation notwendige genetische Information, insbesondere in Form von RNA-Einheiten ausbilden zu können oder auszubilden.
Der Bereich, welcher durch den die Elektrode 26 isolierenden und/oder abdeckenden Bereich des Isolationsbereichs 24 definiert wird, kann eine Membranstruktur SSM aufweisen oder bilden und zumindest teilweise eine spezifische elektrische Leitfähigkeit von etwa G_m ≈ 1-100 nS/cm², eine spezifische Kapazität von etwa C_m ≈ 10-1000 nF/cm² und/oder eine Fläche von etwa A ≈ 0,1-50 mm² aufweisen.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines Biosensors 1 geschaffen, insbesondere für eine Biosensoranordnung für die amperometrische und/oder potentiometrische pharmakologische Wirkort- und/oder Wirkstofftestung.
Das Verfahren weist die Schritte Bereitstellen eines erfindungsgemäßen Biosensorrohlings 1', Bereitstellen eines Synthesemediums SYN, Einbringen des Biosensorrohlings 1 in das Synthesemedium SYN und Durchführen des Prozesses der In-Vitro-Translation und dadurch Ausbilden zu einer elektrischen Aktion aktivierbarer biologischer Einheiten 12 auf.
Es kann ein wässriges Synthesemedium SYN verwendet werden.
Vorzugsweise kann ein Synthesemedium SYN verwendet werden, welches die für die zu erzeugende biologische Einheit 12 charakteristische genetische Information enthält, insbesondere in Form entsprechender RNA-Einheiten RNA und/oder DNA-Einheiten.
Zur Initiierung und/oder zur Unterhaltung des Prozesses der In-Vitro-Translation kann die für die zu erzeugende biologische Einheit 12 charakteristische genetische Information, insbesondere in Form entsprechender RNA-Einheiten RNA und/oder DNA-Einheiten, und/oder eine oder mehrere andere Startsubstanzen und/oder Synthesesubstanzen im Synthesemedium S vorliegen oder in das Synthesemedium SYN eingebracht werden.
Zur Initiierung und/oder zur Unterhaltung des Prozesses der In-Vitro-Translation können für die zu erzeugende biologische Einheit 12 charakteristische Synthesebausteine oder Synthesestoffe, insbesondere in Form entsprechender Aminosäureeinheiten, Aminosäuren und/oder deren Vorformen oder Derivate, vorzugsweise basierend auf den zwanzig biologisch essentiellen Aminosäuren, und/oder eine oder mehrere andere Startsubstanzen und/oder Synthesesubstanzen – z.B. Transfer-RNA-Einheiten oder tRNA-Einheiten – im Synthesemedium SYN vorliegen oder in das Synthesemedium S eingebracht werden.
Alternativ oder zusätzlich kann zur Initiierung und/oder zur Unterhaltung eines Prozesses der In-Vitro-Transskription die für die zu erzeugende biologische Einheit 12 charakteristische genetische Information, insbesondere in Form DNA-Einheiten, und/oder eine oder mehrere andere Startsubstanzen und/oder Synthesesubstanzen in das Synthesemedium SYN eingebracht werden.
Ferner können zur Initiierung und/oder zur Unterhaltung eines Prozesses der In-Vitro-Transskription für die zu erzeugende biologische Einheit 12 charakteristische Synthesebausteine oder Synthesestoffe, insbesondere in Form entsprechender Nukleinsäureeinheiten, Nukleinsäuren, Nukleasiden, Nukleotiden und/oder deren Vorformen oder Derivaten, und/oder eine oder mehrere andere Startsubstanzen und/oder Synthesesubstanzen in das Synthesemedium SYN eingebracht werden.
Im Folgenden wird nun im Detail auf die Figuren Bezug genommen:
1 zeigt in schematischer und teilweise geschnittener Seitenansicht einen Prozess des Bereitstellens oder Erzeugens einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Biosensorrohlings 1'.
Dabei wird zunächst eine Sensorelektrodeneinrichtung 20 bereitgestellt. Diese besteht aus einem Träger 22, in dessen Oberflächenbereich 22a eine Elektrode 26 eingebettet ist. Auf der Oberfläche 26a der Elektrode 26 ist dann ein Isolationsbereich 24 ausgebildet, dieser kann – wie in 5 und 6 gezeigt ist – aus einer oberen Schicht oder Oberschicht 24a, z.B. einer Lipidmonolage, und einer unteren Schicht oder Unterschicht 24b, z.B. einer Thiol-/Mercaptanmonoschicht, bestehen. Die Oberschicht 24a oder der Oberflächenbereich 24a des Isolationsbereichs 24 bildet somit auch die Oberfläche oder den Oberflächenbereich 20a der Sensorelektrodeneinrichtung.
Durch den Pfeil angedeutet ist das Heranbringen, Anlagern oder Adsorbieren eines Vesikels VER, welches auf einem endoplasmatischen Retikulum beruht. Dieses Vesikel VER fungiert als Primärträger 10 und weist eine Membran 11 in Form einer Lipiddoppelschicht mit einer Außenseite 10a, 11a und einer Innenseite 10b, 11b auf. Durch die Membran 11 eingeschlossen ist das so genannte Innenmembran 13 des Vesikels VER als Primärträger 10. Erfindungsgemäß ist Bestandteil des Primärträgers 10 ein Ribosom R' als Ribosomeinheit R. Die ribosomale Einheit R ist essentieller Bestandteil des Systems zur Durchführung des Prozesses der In-Vitro-Translation, und sie dient unter der Voraussetzung, dass sämtliche Syntheseingredienten im außerhalb des Vesikels VER dann vorhandenen Mediums vorliegen, der Proteinsynthese. Ziel des in 1 gezeigten Vorgangs ist eine kapazitive Kopplung zwischen dem Vesikel oder einer Mehrzahl Vesikel VER und insbesondere von deren Außenseite 10a, 11a mit der Oberfläche 20a der Elektrodeneinrichtung 20 oder des Elektrodenbereichs 21 auszubilden, z.B. durch direkte Nachbarschaft und mechanischen Kontakt.
2 zeigt in schematischer und teilweise geschnittener Seitenansicht das Ergebnis dieses Anlagerungs- oder Bereitstellungsprozesses aus 1. Des Vesikel VER als Primärträger 10 ist mit seiner Außenfläche 10a, 11a mechanisch durch Adsorption oder ähnliche Prozesse an die Oberfläche 20a der Elektrodeneinrichtung 20 angeordnet, wodurch über die elektrisch isolierende Membran 11 des Vesikels VER und den Isolationsbereich 24 der Elektrodeneinrichtung 20 vermittelt eine kapazitive Kopplung zwischen dem Vesikel VER und dessen Innerem 13 und der Elektrode 26 der Elektrodeneinrichtung 20 erfolgt.
Die 3A bis 3I zeigen in schematischer und geschnittener Seitenansicht eine Abfolge von Prozesszwischenstufen, die bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen einer Biosensoranordnung erreicht werden. Zunächst wird gemäß 3A die in 2 gezeigte Biosensorvorform oder der Biosensorrohling 1' bereitgestellt und in ein Synthesemedium SYN eingebracht. Es handelt sich dabei um ein wässriges Synthesemedium SYN. Dieses enthält neben entsprechenden Elektrolytbestandteilen Aminosäureeinheiten A, z.B. in Form von freien Aminosäuren oder gebundenen Aminosäurebausteinen, die genetische Information zur Herstellung einer Aminosäuresequenz über Peptidbindung aufeinander folgende Aminosäurebausteine zur Ausbildung einer biologischen Einheit z.B. eines Membranproteins oder dergleichen, wobei die genetische Information insbesondere als so genannte Ribonukleinsäure RNA oder RNS vorliegt, und so genannte Transfer-RNA-Einheiten oder tRNA-Einheiten, welche in der Lage sind, einzelne Aminosäureneinheiten A zu binden, um diese dann nach eigener Bindung an entsprechende Ankopplungsstellen in einer Ribosomeinheit R des Vesikels VER die einzelnen Aminosäureeinheiten entsprechend der Abfolge in der RNA-Einheit der Protein- oder Aminosäuresequenzsynthese zuzuführen.
3A zeigt den Biosensorrohling 1' in dem entsprechend bereitgestellten Synthesemedium SYN. In dem Zwischenzustand gemäß 3B ist gezeigt, dass die Ribosomeinheit R die RNA-Einheit mit ihrer Startsequenz zuvorderst in einem Einlesebereich gebunden hat. Entsprechend ist die in der Ribosomeinheit R vorgesehene Bindungsstelle für eine tRNA-Einheit aktiviert, die ausschließlich diejenige Aminosäureeinheit A gebunden hat, die gemäß der genetischen Codierung der entsprechenden Nukleotidsequenz entspricht. Das bedeutet, dass am Ribosom an der entsprechenden Bindungsstelle ausschließlich diejenige tRNA-Einheit mit der entsprechenden Aminosäure binden kann, die zu der gerade gelesenen genetischen Information gemäß der Codierung zwischen Aminosäuren und Nukleotiden passt.
Im Zusammenstand der 3C ist die Bindung der entsprechenden tRNA-Einheit mit der passenden Aminosäureeinheit A gezeigt.
In 3D ist dargestellt, dass nun die entsprechende Aminosäureeinheit, welche zu der gerade gelesenen genetischen Information passt, von der tRNA-Einheit abgespalten wurde, um einen Teil der zu erzeugenden Aminosäure- oder Polypeptidsequenz zu bilden. Es handelt sich dabei um den ersten Bestandteil, also um die erste Aminosäure der auszubildenden Aminosäuresequenz. Gleichzeitig ist dargestellt, dass die RNA-Einheit von links nach rechts durch die Ribosomeinheit R weiter ausgelesen wird, dass entsprechend die Bindungsstelle in der Ribosomeinheit für die Bindung einer entsprechend passenden tRNA-Einheit scharf gemacht wird und diese dann auch über die stochastische Bewegung im Synthesemedium SYN an die Bindungsstelle in der Ribosomeinheit R gelangt.
Im Zwischenzustand der 3E ist gezeigt, dass die entsprechend gebundene nächste tRNA-Einheit ihre Aminosäureeinheit A abgegeben und an die bestehende Polypeptidsequenz angeheftet hat.
Es werden somit die Vorgänge der 3B bis 3E auf der Grundlage der sequentiellen Abfolge der genetischen Information der RNA-Einheit wiederholt, wobei, wie das in 3F gezeigt wird, die RNA-Einheit von links nach rechts durch die Ribosomeinheit R läuft und somit von rechts nach links im Hinblick auf die enthaltene genetische Information ausgelesen wird, wobei entsprechend der genetischen Codierung die Polypeptidsequenz von unten nach oben wächst, so dass eine eindeutige Korrespondenz besteht zwischen der genetischen Information auf der RNA-Einheit, gelesen von rechts nach links, und der Abfolge in der entstehenden Polypeptidkette P von oben nach unten.
In 3G ist dargestellt, dass entweder über die Ribosomeinheit R oder über zusätzliche Mechanismen im Synthesemedium SYN und/oder am oder im Vesikel VER die fertig gestellte Polypeptidsequenz P an oder in die Membran 11 des Vesikels VER als Primärträger 10 angelagert bzw. eingebaut wird.
Die 3H zeigt einen Zustand, bei welchem die fertig gestellte Polypeptidsequenz P als Transmembranprotein, also als biologische Einheit 12, in die Membran 11 des Vesikels VER als Primärträger 10 eingebaut ist. Durch mehrfache Wiederholung der mit den 3A bis 3G gezeigten Prozesse kann dann eine Mehrzahl biologischer Einheiten 12 in Form gefalteter und inserierter Polypeptidsequenzen P in die Membran 11 des Vesikels VER als Primärträger 10 eingebaut werden. Dies ist in 3I dargestellt.
4 zeigt in schematischer und geschnittener Seitenansicht eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Biosensorvorform oder des Biosensorrohlings 1'. Im Gegensatz zu der in 2 dargestellten Form handelt es sich bei dem hier gezeigten Primärträger 10 nicht um ein Vesikel VER, sondern um ein Membranfragment MER, welches aus einem endoplasmatischen Retikulum abgeleitet ist und somit neben der Membran 11 mit Oberseite 11a und Unterseite 11b, letztere ist zur Adsorption an der Elektrodeneinrichtung 20 der Oberschicht oder Oberseite 24a des Isolationsbereichs 24 zugewandt, eine Ribosomeinheit R enthält.
Die Anordnung mit Membranfragmenten MER kann entweder erfolgen durch Einbringen der Elektrodeneinrichtung 20 in eine Lösung entsprechender Fragmente, die z.B. aus einer Lösung von Vesikeln durch Beschallen hergestellt werden können, oder durch Anlagern von Vesikeln, d.h. aus Rohlingen 1' der Form gemäß 2 und entsprechendes Aufbrechen der einmal adsorbierten Vesikel VER auf der Oberfläche 24a des Isolationsbereichs 24 der Elektrodeneinrichtung 20.
Nach entsprechenden Syntheseschritten in analoger Abfolge zu den 3A bis 3I entsteht dann eine Anordnung gemäß 5, bei welcher die fertige Biosensoranordnung 1 in die Membran 11 des Primärträgers 10 inserierte biologische Einheiten 12 in Form von Membranproteinen enthält.
Die 6 und 7 zeigen Anwendungen der erfindungsgemäß hergestellten Biosensoranordnungen 1.
6 zeigt in einer schematischen und teilweise geschnittenen Seitenansicht eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur amperometrischen und/oder potentiometrischen pharmakologischen Wirkstofftestung.
Ein Messbereich 50 in Form eines im Wesentlichen geschlossenen Gefäßes bildet zusammen mit einer Austausch-/Mischeinrichtung 60, zum Beispiel in Form eines Perfusorsystems oder einer Pumpenanlage, einen geschlossenen Flüssigkeitskreislauf. Die Kommunikation der als Messmedium 30 dienenden Flüssigkeit erfolgt über entsprechende Zufuhr- und Abführeinrichtungen 51 bzw. 52. Das Messmedium 30 kann dabei eine wässrigere Elektrolytlösung sein, die bestimmte Ionenanteile, eine gegebene Temperatur, einen bestimmten pH-Wert usw. aufweist. Des Weiteren sind im Messmedium 30 gegebenenfalls bestimmte Substratstoffe S und/oder bestimmte Wirkstoffe W enthalten, oder sie werden in späteren Verfahrensschritten durch die Austausch-/Mischeinrichtung 60 hinzugefügt.
Im Messbereich 50 ist eine erfindungsgemäße Sensoranordnung 1 vorgesehen. Die Sensoranordnung 1 besteht aus Primärträgern 10, welche am Oberflächenbereich 24a der als Sekundärträger dienenden Sensorelektrodeneinrichtung 20 angelagert sind.
In dem in 6 in schematischer und nicht maßstabsgetreuer Form gezeigten Ausführungsbeispiel ist nur ein einziger Primärträger 10 gezeigt. Dieser besteht aus einem Lipidvesikel oder Liposom in Form einer im Wesentlichen hohlkugelförmig und geschlossen ausgebildeten Lipiddoppelschicht oder Lipidmembran 11. In diese Lipiddoppelschicht 11 des als Primärträger 10 dienenden Vesikels ist als im Wesentlichen biologische Einheit 12 ein Membranprotein membrandurchgreifend eingelagert.
Durch Umsetzung eines im Messmedium 30 vorhandenen Substrats S zu einem umgesetzten Substrat S' werden im Membranprotein 12 bestimmte Prozesse initiiert, die in dem in 6 gezeigten Fall zu einem Stofftransport einer Spezies Q von der extravesikulären Seite oder Außenseite 10a des Vesikels 10 zur intravesikulären Seite oder Innenseite 10b des Vesikels 10 führt. Ist die Spezies Q mit einer elektrischen Ladung behaftet, so führt der Transport dieser Spezies Q von der Seite 10a zur Seite 10b zu einem Nettoladungstransport, welcher mit einem elektrischen Strom von der Außenseite 10a des Vesikels 10 zur Innenseite 10b des Vesikels 10 korrespondiert.
Zum einen sind in jedem Vesikel 10 in der Regel eine Vielzahl im Wesentlichen identischer Membranproteinmoleküle 12 in im Wesentlichen gleicher Orientierung in der Membran 11 des Vesikels 10 eingebaut. Werden diese im Wesentlichen simultan aktiviert – z.B. durch einen durch Mischen initiierten Konzentrationssprung in der Konzentration des Substrats S von einem nicht aktivierenden Messmedium N, 30 ohne Substrat S zu einem aktivierenden Messmedium A, 30 mit Substrat S – so führt das zu einem messbaren elektrischen Strom.
Dieser Ladungsträgertransport ist deshalb messbar, weil eine Vielzahl von Primärträgern 10 oder Vesikeln an der Oberfläche 24a der Sensorelektrodeneinrichtung 20 angelagert sind, so dass sich bei Aktivierung einer Vielzahl von Proteinmolekülen 12 in einer Vielzahl von Vesikeln vor der Oberfläche 24a der Sensorelektrodeneinrichtung 20 eine Raumladung bestimmter Polarität ausbildet. Diese Raumladung wirkt dann auf die Elektrode 26, die in dem in 6 gezeigten Fall auf einem Träger 22 aus Glas in Form einer Goldschicht aufgedampft ist und durch eine als Isolationsbereich 24 dienende Doppelschicht aus einer unteren Schicht 24b und einer als Oberfläche dienenden Oberschicht 24a abgedeckt und gegenüber dem Messmedium 30 elektrisch isoliert wird.
Die Oberfläche oder obere Schicht 24a des Isolationsbereichs 24 ist zum Beispiel ein zur Lipiddoppelschicht 11 des Vesikels 10 kompatible Lipidmonoschicht, die mittels eines Self-Assembling-Vorgangs oder selbstorganisierenden Vorgangs auf einer die untere Schicht 24b bildenden Alkanthiolmonoschicht ausgebildet ist, so dass die Abfolge der Schichten 24b und 24a, nämlich die Abfolge aus einer Alkanthiolmonoschicht und einer Lipidmonoschicht auf einem festkörperartig ausgebildeten Goldsubstrat als Elektrode 26 eine Membranstruktur SSM bildet, die auch als festkörperunterstützte Membran bezeichnet wird (SSM: Solid Supported Membrane).
Über eine Anschlussleitung 48i ist die Sensoranordnung 1 und insbesondere die Sensorelektrodeneinrichtung 20 mit einer Datenerfassungs-/Steuereinrichtung 40 verbunden. Diese weist einen Messeinrichtung 44 auf, in welchem in zeitlicher Abhängigkeit ein elektrischer Strom I(t) oder eine elektrische Spannung U(t) gemessen werden kann. Des Weiteren ist eine Verstärkereinrichtung 42 vorgesehen, in welcher die Messsignale gefiltert und/oder verstärkt werden. Über eine Steuerleitung 48s wird die Wirkstofftestung durch Steuerung der Austausch-/Mischeinrichtung 60 geregelt. Über eine weitere Leitung 48o wird der elektrische Stromkreis mittels einer Gegenelektrode 46, zum Beispiel in Form einer Pt/Pt-Elektrode oder mittels einer Ag/AgCl-Elektrode geshlossen. Isolationen 28, 27 und 47 verhindern Kurzschlüsse der SSM bzw. der Gegenelektrode 46 gegenüber dem Messmedium 30.
7 zeigt in schematischer und teilweise geschnittener Seitenansicht eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensor-anordnung 1, bei welcher als Primärträger 10 anstelle eines Vesikels oder Liposoms ein Membranfragment 10 vorgesehen ist, in welches in orientierter Art und Weise ein als biologische Einheit 12 dienendes Membranprotein eingelagert ist. Auch in Bezug auf die Ausführungsform der 7 ist festzuhalten, dass die Darstellung nicht maßstabsgetreu ist, und zum anderen in der Regel eine große Mehrzahl von Membranfrag menten gleichzeitig auf der SSM oder der Oberfläche 24a der als Sekundärträger dienenden Sensorelektrodeneinrichtung 20 angelagert oder adsorbiert sind.
Auch hier ist wieder gezeigt, dass durch Umsetzung des im Messmedium 30 vorgesehenen Substrats S zu einem umgesetzten Substrat S' ein Stofftransport der Spezies Q von einer Seite 10a des Membranfragments 10 zur gegenüberliegenden Seite 10b erfolgt, welcher über den entsprechenden Nettoladungstransport und den damit verbundenen Verschiebungsstrom in zeitlich abhängiger Form nachgewiesen werden kann.

1: Biosensoranordnung, erfindungsgemäß hergestellt
1: erfindungsgemäßer Biosensorrohling, erfindungsgemäße Biosensorvorform
10: Primärträger, Vesikel, Membranfragment
10a: Oberfläche, Außenseite, extravesikuläre Seite
10b: Innenseite, intravesikuläre Seite
11: Membran
11a: Außenseite
11b: Innenseite
12: biologische Einheit, Membranprotein
13: Innenmedium
20: Sensorelektrodeneinrichtung
21: Elektrodenbereich
22: Träger
22a: Oberflächenbereich
24: Isolationsbereich
24a: Oberschicht, Oberflächenbereich, Lipidmonoschicht
24b: Unterschicht, Thiol-/Mercaptanmonoschicht
26: Elektrode
27: Isolation
28: Isolation
29: Anschluss
30: Messmedium
40: Datenerfassungs-/Steuereinrichtung
42: Verstärkereinrichtung
44: Messeinrichtung
46: Gegenelektrode
48i,o: Anschlussleitungen
48s: Steuerleitung
50: Messbereich, Gefäß, Küvette
51: Zuführeinrichtung
52: Abführeinrichtung
60: Austausch-/Mischeinrichtung
100: Messvorrichtung
I(t): Stromsignal
MER: Membranfragment, aus endoplasmatischem Retikulum abgeleitet
Q: Ladungsträger
R: Ribosomeinheit
R': Ribosom
S: Substrat
S': umgesetztes Substrat
SSM: Membranstruktur, festkörperunterstützte Membran
SYN: Synthesemedium
U(t): Spannungssignal
VER: Vesikel, aus endoplasmatischem Retikulum abgeleitet
W: Wirkstoff

Claims

Biosensorrohling (1'), insbesondere für die Herstellung einer Biosensoranordnung (1) für die amperometrische und/oder potentiometrische pharmakologische Wirkort- und/oder Wirkstofftestung, – welcher zumindest eine elektrisch leitfähige Elektrode (26) aufweist, – bei welchem eine Mehrzahl Primärträger (10) in elektrisch kapazitiver Kopplung zur Elektrode (26) vorgesehen ist und – bei welchem die Primärträger (10) zur In-Vitro-Translation ausgebildet sind, – um in regelbarer Art und Weise über einen Prozess der In-Vitro-Translation zu einer elektrischen Aktion aktivierbare biologische Einheiten (12) ausbilden zu können oder auszubilden.
Biosensorrohling (1') nach Anspruch 1, bei welchem für die Durchführbarkeit oder für die Durchführung des Prozesses der In-Vitro-Translation am oder im Primärträger (10) ein oder mehrere ribosomale Einheiten (R) vorgesehen sind.
Biosensorrohling (1') nach Anspruch 2, bei welchem die ribosomale Einheit (R) ein Ribosom (R') ist oder ein Ribosom (R') aufweist.
Biosensorrohling (1') nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welcher der Primärträger (10) eine aus einem endoplasmatischen Retikulum abgeleitete Einheit ist.
Biosensorrohling (1') nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welcher der Primärträger (10) ein aus einem endoplasmatischen Retikulum abgeleitetes Vesikel (VER) oder Liposom ist.
Biosensorrohling (1') nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 6, bei welcher der Primärträger (10) ein Membranfragment (MER) eines aus einem endoplasmatischen Retikulum abgeleiteten Vesikels (VER) oder Liposoms ist.
Biosensorrohling (1') nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welcher als Primärträger (10) eine eukariontische Zelle, eine prokariontische Zelle, ein Oozyt, eine bakterielle Einheit, eine virale Einheit und/oder deren Bestandteile, Organellen, Fragmente, Membranfragmente oder Verbände in nativer Form, in abgewandelter Form, in gereinigter Form, in mikrobiologisch geänderter Form oder in molekularbiologisch geänderter Form vorgesehen ist.
Biosensorrohling (1') nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welcher als Primärträger (10) ein Vesikel, ein Liposom, eine mizelläre Struktur und/oder deren Bestandteile, Fragmente, Membranfragmente oder Verbände in nativer Form, in abgewandelter Form, in gereinigter Form, in mikrobiologisch geänderter Form oder in molekularbiologisch geänderter Form vorgesehen ist.
Biosensorrohling (1') nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem der Primärträger (10) eine Membran (11) mit einer Außenseite (11a) und mit einer Innenseite (11b) aufweist.
Biosensorrohling (1') nach Anspruch 9, bei welchem die ribosomale Einheit (R) an und/oder in der Membran (11) des Primärträgers (10) ausgebildet ist, insbesondere an der oder mit Zugriff auf die Außenseite (11a).
Biosensorrohling (1') nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem durch den Prozess der In-Vitro-Translation als biologische Einheit (12) jeweils eine zu einem zumindest teilweise elektrogenem Ladungsträgertransport und/oder zu einer zumindest teilweise elektrogenen Ladungsträgerbewegung aktivierbare biologische, chemische und/oder biochemische Einheit (12), eine Transporteinheit und/oder ein oder mehrere von deren Bestandteilen, Fragmenten und/oder Verbänden ausbildbar sind.
Biosensorrohling (1') nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem durch den Prozess der In-Vitro-Translation als biologische Einheit (12) jeweils eine – insbesondere artifizielle – Polypeptidekette, ein Membranprotein, eine Ionenpumpe, ein Ionenkanal, ein Transporter oder ein Rezeptor ausbildbar sind.
Biosensorrohling (1') nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem durch den Prozess der In-Vitro-Translation die biologische Einheit (12) jeweils in nativer Form, in abgewandelter Form, in gereinigter Form, in mikrobiologisch geänderter Form und/oder molekularbiologisch geänderter Form ausbildbar ist.
Biosensorrohling (1') nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem Primärträger (10) in – insbesondere unmittelbarer – räumlicher Nachbarschaft der Elektrode (26) vorgesehen sind.
Biosensorrohling (1') nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem die Elektrode (26) gegenüber den Primärträgern (10) elektrisch isoliert ausgebildet ist.
Biosensorrohling (1') nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem die Elektrode (26) festkörperartig ausgebildet ist.
Biosensorrohling (1') nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem die Elektrode (26) festkörperunterstützt ausgebildet ist.
Biosensorrohling (1') nach einem der vorangehenden Ansprüche, – bei welchem ein festkörperartiger Träger (22) mit einer Oberfläche (22a) vorgesehen ist und – bei welchem die Elektrode (26) als zusammenhängende Materialschicht auf der Oberfläche (22a) des Trägers (22) ausgebildet ist.
Biosensorrohling (1') nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem der Träger (22) ein elektrisch isolierendes und/oder chemisch inertes Material aufweist oder daraus gebildet ist, insbesondere ein Glas, ein Kunststoff oder ein Polymer.
Biosensorrohling (1') nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem die Elektrode (26) als auf der Oberfläche (22a) des Trägers (22) abgeschiedene, insbesondere aufgedampfte oder gesputterte Materialschicht, ausgebildet ist, vorzugsweise mit einer Schichtstärke von 10 bis 200 nm.
Biosensorrohling (1') nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem mindestens ein Isolationsbereich (24) ausgebildet ist, durch welchen die Elektrode (26) elektrisch isoliert oder isolierbar ist, insbesondere in Bereichen davon, welche zum mechanischen Kontakt mit den Primärträgern (10) und/oder im Betrieb zum mechanischen Kontakt mit einem Messmedium (30) und/oder mit einem Synthesemedium (SYN) vorgesehen sind.
Biosensorrohling (1') nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem der Isolationsbereich (24) zumindest teilweise schichtartig, insbesondere mehrschichtig ausgebildet ist.
Biosensorrohling (1') nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem der Isolationsbereich (24) zumindest teilweise als Monoschicht oder Monolage oder als Abfolge von Monoschichten oder Monolagen ausgebildet ist, insbesondere jeweils als spontan selbstorganisierende Schicht oder als Self-Assembling-Schicht.
Biosensorrohling (1') nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem die Elektrode (26) mindestens ein metallisches Material aufweist oder daraus gebildet ist, insbesondere aus einem Edelmetall, vorzugsweise aus Gold, Silber oder Platin.
Biosensorrohling (1') nach Anspruch 24, bei welchem als Unterschicht (24b) oder als unterster und der Elektrode (26) zugewandter Bereich (24b) des Isolationsbereichs (24) eine Schicht einer organischen Thioverbindung vorgesehen ist, vorzugsweise eines langkettigen Alkanthiols, insbesondere aus Oktadekanthiol.
Biosensorrohling (1') nach einem der vorangehenden Ansprüche 24 oder 25, bei welchem als Oberschicht (24a) oder als oberster und von der Elektrode (26) abgewandter oder Oberflächenbereich (24a) des Isolationsbereichs (24) eine Schicht einer amphiphilen organischen Verbindung vorgesehen ist, insbesondere eines Lipids.
Biosensorrohling (1') nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem der Isolationsbereich (24), insbesondere die Unterschicht (24b) davon, mit oder von einer Schicht aus Teflon, einem Kunststoff oder einem Polymer gebildet ist, insbesondere mit einer Schichtdicke von weniger als 5 μm.
Biosensorrohling (1') nach einem der vorangehenden Ansprüche, – welcher mit mindestens einem Elektrodensubstrat für die Elektrode (26) mit einer Oberfläche (26a) ausgebildet ist, – wobei das Elektrodensubstrat der Elektrode (26) mit oder aus einem Kunststoffmaterial oder einem Polymermaterial ausgebildet ist und – wobei das Kunststoffmaterial oder das Polymermaterial elektrisch leitfähig ausgebildet ist.
Biosensorrohling (1') nach Anspruch 28, bei welchem der Isolationabereich (24) mit oder aus mindestens einem Biomaterialbereich ausgebildet ist, welcher in und/oder auf der Oberfläche (26a) des Elektrodensubstrats der Elektrode (26) vorgesehen ist.
Biosensorrohling (1') nach einem der vorangehenden Ansprüche 28 oder 29, bei welchem Kunststoffmaterial oder das Polymermaterial mit oder aus einem oder mehreren organischen Materialien ausgebildet sind.
Biosensorrohling (1') nach einem der vorangehenden Ansprüche 28 bis 30, bei welchem die elektrische Leitfähigkeit des Kunststoffmaterials oder des Polymermaterials durch das Vorsehen mindestens eines ersten Zuschlagsstoffes im Kunststoffmaterial oder Polymermaterial ausgebildet ist.
Biosensorrohling (1') nach Anspruch 31, bei welchem als mindestens ein erster Zuschlagsstoff ein metallisches Material vorgesehen ist.
Biosensorrohling (1') nach einem der vorangehenden Ansprüche 31 oder 32, bei welchem als mindestens ein erster Zuschlagsstoff eine Form von Kohlenstoff vorgesehen ist.
Biosensorrohling (1') nach einem der vorangehenden Ansprüche 31 bis 33, bei welchem als mindestens ein erster Zuschlagsstoff ein Material aus oder mit Nanopartikeln und/oder mit Nanotubes vorgesehen ist.
Biosensorrohling (1') nach einem der vorangehenden Ansprüche 31 bis 34, bei welchem als mindestens ein erster Zuschlagsstoff ein Material oder eine Kombination von Materialien aus der Gruppe vorgesehen ist, die besteht aus: – Kohlenstoff in Form von Ruß, – Kohlenstoff in Form von Graphit, – Kohlenstoff in Form von Nanopartikeln, – Kohlenstoff in Form von Buckminsterfullerenen oder deren – insbesondere gecageten – Derivaten, – Kohlenstoff in Form von Nanotubes und – Derivaten dieser Materialien.
Biosensorrohling (1') nach einem der vorangehenden Ansprüche 28 bis 35, – bei welchem der Biomaterialbereich elektrisch isolierend ausgebildet ist und – bei welchem durch den Biomaterialbereich das Elektrodensubstrat der Elektrode (26) elektrisch isoliert ausgebildet ist.
Biosensorrohling (1') nach einem der vorangehenden Ansprüche 28 bis 36, bei welchem der Biomaterialbereich schichtartig ausgebildet ist.
Biosensorrohling (1') nach einem der vorangehenden Ansprüche 28 bis 37, bei welchem der Biomaterialbereich mit einer oder aus einer Abfolge von Monoschichten (24a, 24b) gebildet ist.
Biosensorrohling (1') nach einem der vorangehenden Ansprüche 28 bis 38, bei welchem die Monoschichten (24a, 24b) als spontan selbstorganisierende Schichten ausgebildet sind.
Biosensorrohling (1') nach einem der vorangehenden Ansprüche 28 bis 39, bei welchem der Biomaterialbereich oder eine oder mehrere Schichten (24b, 24a) des Biomaterialbereichs als chemisch und/oder physikalisch modifizierter oder umgewandelter Bereich der Oberfläche (26a) des Elektrodensubstrats der Elektrode (26) ausgebildet sind.
Biosensorrohling (1') nach einem der vorangehenden Ansprüche 28 bis 40, bei welchem der Biomaterialbereich oder eine oder mehrere Schichten (24b, 24a) des Biomaterialbereichs über einen zweiten Zuschlagsstoff im Material des Elektrodensubstrats der Elektrode (26) ausgebildet sind.
Biosensorrohling (1') nach einem der vorangehenden Ansprüche 28 bis 41, bei welchem der Biomaterialbereich oder eine oder mehrere Schichten (24b, 24a) des Biomaterialbereichs über eine inhärente Oberflächenstruktur im Material des Elektrodensubstrats der Elektrode (26) ausgebildet sind.
Biosensorrohling (1') nach einem der vorangehenden Ansprüche 28 bis 42, bei welchem der Biomaterialbereich oder eine oder mehrere Schichten (24b, 24a) des Biomaterialbereichs über ein zusätzlich auf die Oberfläche (26a) des Elektrodensubstrats der Elektrode (26) aufgebrachtes Oberflächenmaterial ausgebildet sind.
Biosensorrohling (1') nach einem der vorangehenden Ansprüche 28 bis 43, bei welchem der Biomaterialbereich als Schicht oder mit einer obersten und vom Elektrodensubstrat der Elektrode (26) abgewandten Schicht (24, 24b) mit oder aus einer amphiphilen organischen Verbindung oder einem Lipid ausgebildet ist.
Biosensorrohling (1') nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem der Bereich, welcher durch den die Elektrode (26) isolierenden und/oder abdeckenden Bereich des Isolationsbereichs (24) definiert wird, eine Membranstruktur (SSM) aufweist oder bildet, zumindest teilweise eine spezifische elektrische Leitfähigkeit von etwa G_m ≈ 1-100 nS/cm², eine spezifische Kapazität von etwa C_m ≈ 10-1000 nF/cm² und/oder eine Fläche von etwa A ≈ 0,1-50 mm² aufweist.
Biosensorrohling (1') nach einem der vorangehenden Ansprüche, – welcher – insbesondere über entsprechend ausgebildete Primärträger (10) – zur In-Vitro-Transskription ausgebildet ist, – um in regelbarer Art und Weise die für die In-Vitro-Translation notwendige genetische Information, insbesondere in Form von RNA-Einheiten ausbilden zu können oder auszubilden.
Verfahren zum Herstellen eines Biosensors (1), insbesondere für eine Biosensoranordnung für die amperometrische und/oder potentiometrische pharmakologische Wirkort- und/oder Wirkstofftestung, mit den Schritten: – Bereitstellen eines Biosensorrohlings (1') nach einem der Ansprüche 1 bis 46, – Bereitstellen eines Synthesemediums (SYN), – Einbringen des Biosensorrohlings (1') in das Synthesemedium (SYN), – Durchführen des Prozesses der In-Vitro-Translation und dadurch Ausbilden zu einer elektrischen Aktion aktivierbarer biologischer Einheiten (12).
Verfahren nach Anspruch 47, bei welchem ein wässriges Synthesemedium (SYN) verwendet wird.
Verfahren nach der vorangehenden Ansprüche 47 oder 48, bei welchem ein Synthesemedium (SYN) verwendet wird, welches die für die zu erzeugende biologische Einheit (12) charakteristische genetische Information enthält, insbesondere in Form entsprechender RNA-Einheiten und/oder DNA-Einheiten.
Verfahren nach der vorangehenden Ansprach 47 bis 49, bei welchem zur Initiierung und/oder zur Unterhaltung des Prozesses der In-Vitro-Translation die für die zu erzeugende biologische Einheit (12) charakteristische genetische Information, insbesondere in Form entsprechender RNA-Einheiten und/oder DNA-Einheiten, und/oder eine oder mehrere andere Startsubstanzen und/oder Synthesesubstanzen in das Synthesemedium (SYN) eingebracht werden.
Verfahren nach der vorangehenden Ansprach 47 bis 49, bei welchem zur Initiierung und/oder zur Unterhaltung des Prozesses der In-Vitro-Translation für die zu erzeugende biologische Einheit (12) charakteristische Synthesebausteine oder Synthesestoffe, insbesondere in Form entsprechender Aminosäureeinheiten, Aminosäuren und/oder deren Vorformen oder Derivaten, vorzugsweise basierend auf den zwanzig biologisch essentiellen Aminosäuren, und/oder eine oder mehrere andere Startsubstanzen und/oder Synthesesubstanzen in das Synthesemedium (SYN) eingebracht werden.
Verfahren nach der vorangehenden Ansprach 47 bis 51, bei welchem zur Initiierung und/oder zur Unterhaltung des Prozesses der In-Vitro-Transskription die für die zu erzeugende biologische Einheit (12) charakteristische genetische Information, insbesondere in Form DNA-Einheiten, und/oder eine oder mehrere andere Startsubstanzen und/oder Synthesesubstanzen in das Synthesemedium (SYN) eingebracht werden.
Verfahren nach der vorangehenden Ansprach 47 bis 51, bei welchem zur Initiierung und/oder zur Unterhaltung des Prozesses der In-Vitro-Transskription für die zu erzeugende biologische Einheit (12) charakteristische Synthesebausteine oder Synthesestoffe, insbesondere in Form entsprechender Nukleinsäureeinheiten, Nukleinsäuren, Nukleasiden, Nukleotiden und/oder deren Vorformen oder Derivaten, und/oder eine oder mehrere andere Startsubstanzen und/oder Synthesesubstanzen in das Synthesemedium (SYN) eingebracht werden.