Arraybasierte chemische Synthese:
DNA- und Proteinarrays gibt es schon seit vielen Jahren, sie finden heutzutage Anwendung für die moderne In-vitro-Diagnostik. Grundlage sind vorgefertigte Biomoleküle, welche mittels einer speziellen Oberflächenchemie an feste Oberflächen fixiert werden (z.B. Aminosilan Slides). Wenn die gespotteten Arrays einem Analyt ausgesetzt werden, kann an jedem Spot eine spezifische Reaktion mit hoher räumlicher Auflösung stattfinden. Einzelne Spots können bis zu 100 Mikrometer klein sein. Der GeSiM Nano-Plotter ist ein bewährtes Tool für die Herstellung solcher Arrays.
Kunden an der Technischen Universität Dresden entwickeln nun anspruchsvollere Methoden, um komplexe chemische Synthesen im Arrayformat durchzuführen, z.B. Peptidsythesen. Auf Zellulosemembranen synthetisierte Peptidarrays sind bereits kommerziell erhältlich. Der hohe Proteinverbrauch, wie auch Lichtstreuungen während der Detektion, limiteren diese Technologie. Glasoberflächen sind dem überlegen, aber die Bindung organischer Reaktanten auf der Basis von DMF und DMSO ist eine Herausforderung (durch den Verlauf der Lösungsmittel auf größeren Flächen bzw. verdampfungsindizierte Tropfenbewegungen).
Die Forscher in Dresden nutzen einen GeSiM BioSyntheSizer. Das Gerät kann Microarrays mit seiner piezoelektrischen Spitze mit Tropfenvolumen unterhalb eines halben Nanoliter. Im weiteren ermöglichen die Nadelpipettierung inkl. der Penetrierung geschlosseenr Vials sowie die Probenahme aus 96well-Platten komplexere chemische Reaktionen. Das Instrument nimmt eine nutzergemachte Durchflußzelle auf, mit Platz für zwei Glas-Slides. Spülen und Trocknen der Glasoberflächen – synchronisiert mit dem Arraying-Algorithmus – ermöglicht „programmierbare“ Oberflächen, optimiert für nachfolgende chemische Reaktionen und späteres Bioscreening. Neben der Peptidchemie können auch chemische Multikomponenten-Reaktionen auf diesen Oberflächen durchgeführt werden.
Der GeSiM BiSyntheSizer mit dem Waschdeck für Slides (Mitte), Well-Platten für Aminosäuren (Links) sowie der Spritzeneinheit mit den Reservoir-Flaschen (oben). Eine sogenannte „F-Box“ umfaßt den Steuercomputer, die Druckregulierung und mehr.
Mehr Details sind in einer aktuellen Publikation zu finden: Controlling Surface Wettability for Automated In Situ Array Synthesis and Direct Bioscreening, Weilin Lin et.al., ADVANCED BIOMATERIALS, Published 26th July 2021
Mit freundlicher Genehmiung von:
Weilin Lin, Yixhin Zhang, Center for Molecular Bioengineering (B-Cube) at Technical University of Dresden
