Schaltbare DNA-Schichten als neuartiges Verfahren in der Silizium-Nanodraht-basierten Biosensorik

• Antragsteller: Professor Dr. Marc Tornow
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 223745998

Zentrale Zielsetzung ist die Verwirklichung eines neuartigen Prinzips der markierungsfreien Biosensorik mit Silizium-Nanodrähten, welche mit schaltbaren DNA-Molekülen funktionalisiert sind. Nanodrahtsensoren werden aufgrund ihres herausragenden Anwendungspotentials in der medizinischen Diagnostik und pharmazeutischen Entwicklung bereits intensiv erprobt. Das grundlegende Detektionsprinzip beruht dabei auf dem Halbleiter-Feldeffekt. Als entscheidende neue Komponente im beantragten Vorhaben sollen diese Drähte auf ihrer Oberfläche mit DNA-Molekülen funktionalisiert werden, deren räumliche Konformation sich elektrisch schalten lässt. Durch Kombination mit dieser Schaltfunktion wollen wir demonstrieren, dass sich die Empfindlichkeit zur Detektion biochemischer Bindungsreaktionen erheblich steigern lässt. Unsere Arbeiten konzentrieren sich zunächst auf die Detektion der DNA-Hybridisierung als Modellsystem. Die Methodik lässt sich nachfolgend auf andere Systeme wie z.B. Antikörper-Protein erweitern. Das Vorhaben ist in vier Arbeitspakete gegliedert: 1) Funktionalisierung von Siliziumoberflächen mit DNA-Schichten. 2) Kontrolliertes, elektrisches Schalten der DNA auf Si. 3) Übertragen der Methodik auf Silizium-Nanodrähte. 4) Wesentliche Steigerung der Sensorempfindlichkeit durch gezieltes Reduzieren von Abschirmeffekten. Das neue Verfahren soll anhand von Messungen der DNA Bindungskinetik und –affinitäten erprobt, und die Spezifizität der Detektion bis hinunter zum Nachweis von Einzelbasen-Fehlstellungen bestimmt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen