Massensensitive Untersuchungen über Sporen, Bakterien und Hefen

Im Rahmen dieser Dissertation wurde mit massen-sensitiven Methoden die Detektion von Bioanalyten, wie Hefen, Sporen und Bakterien mit Polymer beschichteten QCMs (Quartz-Crystal- Microbalance) in Flüssigphase durchgeführt. Insbesondere war der Mechanismus der Inklusion des Analyten in die geprägten Polymeren von Interesse. Hierbei spielen geometrische Anpassungen gemäß der Wirt-Gast Chemie, als auch enthalpische Wechselwirkungen zwischen Analyt und Schicht eine Rolle. Die Hefen spielen eine bedeutende Rolle in der Biologie und Medizin, vor allem aber in der Biotechnologie. Zum Erzielen eindeutiger Ergebnisse und der detaillierten Analyse individueller Zelleigenschaften wurden synchrone Zellen gezüchtet. Der Mechanismus der Inklusion wurde am Beispiel des wichtigsten Modellorganismus Saccharomyces cerevisiae sowie die einzelnen Stadien in dessen Zellzyklus diskutiert. Die Sensoren wurden über die gravimetrischen Messungen auf Sensitivität, Selektivität, sowie Kreuzselektivität und Reproduzierbarkeit getestet. Je nach Schichtdicke des Polymers, Entwicklungsstadium des Templats, bzw. des Analyten findet man einen Sauerbrey oder Anti-Sauerbrey Effekt, d. h. eine Frequenzerniedrigung oder Erhöhung. Prägt man die Sensorschichten bei geeigneter Schichtdicke mit Doppelzellen, so beobachtet man bei der Detektion von Einzelzellen das ungewöhnliche Phänomen einer Frequenzerhöhung, d. h. eines Anti-Sauerbrey-Effekts. Dieser Befund kann durch Oberflächenmobiltäten der Einzelzellen in den Doppelkavitäten erklärt werden. Bei höheren Analytkonzentrationen findet jedoch eine Agglomeration der Zellen statt, was dann zur Mobilitätsreduzierung führt. Auf diese Weise kann der Antisauerbrey- in einen Sauerbrey-Effekt übergehen. Dieses Effekt ist auch aufgrund enthalpischer Effekte von der Schichtdicke abhängig.Eine zukünftige Analyse diese Befunde kann auch über die Dispersion der Resonanzfrequenz durchgeführt werden, wozu für 5 MHz QCMs der Elektrodenentwurf diskutiert wurde. Das Gefahrenpotential und Missbrauch der Bakterien, wie z.B. Einsatz für terroristische und kriegerische Zwecke, erfordert eine rasche Vorort-Detektion mit Sensoren. Diese Sensoren für Bakterien und Sporen basieren ebenfalls auf Oberflächenprägetechniken. Die untersuchten Analyte sind B. thuringiensis und B. Subtilis Sporen bzw. Bakterien. Diese fungieren als Model-Organismen für den Bacillus anthracis, der in einem konventionellen Labor ohnespezielle Schutzmaßnahmen nicht untersucht werden kann. Sowohl die Sporen als auch die Bakterien wurden bezüglich Querselektivität und Konzentrationsabhängigkeit mit speziell geprägten QCM-Sensoren detektiert. Der QCM-Sensor lässt die "on-line" Überwachung der Sporensprossung als Funktion der Zeit zu. So kann die Verfolgung des Auskeimens der Sporen in Abhängigkeit des Nährmediums analysiert werden