Amerikanische Forscher setzen Bakterien als winzige Rührstäbe für kleinste Flüssigkeitsmengen ein. Für die Durchmischung sorgen dabei die propellerartigen Geißeln der Bakterien. Durch Zugabe von Signalstoffen, die die Bewegungsrichtung der zum Stamm E. coli zählenden Mikroben beeinflussen, konnten die Forscher um Min Jun Kim den Mischvorgang sogar steuern. In chemischen und medizinischen Analysegeräten von der Größe eines Mikrochips können die Bakterien mit ihrem Propellerantrieb Flüssigkeiten transportieren und mischen.
Die Forscher untersuchten die Bakterienmixer in einem schmalen Testkanal von rund drei Zentimetern Länge. Der Kanalquerschnitt war einen halben Millimeter breit und einen hundertstel Millimeter hoch. Im Kanal befand sich eine biologische Lösung, der Kim und seine Kollegen mit Farbstoff markierte Makromoleküle aus der Klasse der Dextrane zufügten. Über den Farbstoff konnten die Forscher die Verteilung der Dextrane in der Lösung verfolgen. Dann ließen sie die rund einen tausendstel Millimeter großen E. coli-Bakterien auf die Teststrecke. Durch deren zufälliges Durcheinanderschwirren in der Flüssigkeit erreichten die Forscher eine höhere Verwirbelung und Durchmischung als ohne Bakterienzugabe.
In einem weiteren Versuch gaben die Wissenschaftler an verschiedenen Stellen des Testkanals Substanzen frei, die auf die Bakterien anziehend oder abstoßend wirkten. Die Bakterien haben für diese Substanzen spezielle Rezeptoren auf der Zelloberfläche, mit denen sie beispielsweise Nahrungsquellen finden oder sich von Giftstoffen fernhalten. Mit den Substanzen konnten die Forscher eine koordinierte Bewegung der Bakterien einstellen: Die Mikroben stellten dann die Rührer parallel und strebten einer bestimmten Richtung zu. Damit konnten die Forscher die Verteilung des Stoffs Dextran in der Lösung genau steuern.
In Zukunft könnten die Bakterien als Pumpe oder als Mischer von Flüssigkeiten auf Analyse- und Diagnosechips dienen, glauben die Wissenschaftler. Bei diesen Chips sind feine Kanäle für die Untersuchung von flüssigen Proben in Silizium geätzt. Durch die geringen Probenmengen laufen Reaktionen sehr schnell ab. Bislang war es aber schwierig, Flüssigkeiten durch die engen Kanäle ohne aufwändig angeschlossene Pumpen zu befördern und zu vermischen. Der Bakterienrührstab wäre hier eine gute Alternative, schreiben die Forscher.
Min Jun Kim (Drexel-Universität, Philadelphia) et al.: Analytical Chemistry, Online-Vorabveröffentlichung, DOI: 10.1021/ac0614691 ddp/wissenschaft.de ? Martin Schäfer
