Fraunhofer-Institut für Zelltherapie und Immunologie, Institutsteil Bioanalytik und Bioprozesse IZI-BB
Fraunhofer-Institut für Zelltherapie und Immunologie, Institutsteil Bioanalytik und Bioprozesse IZI-BB

Messtechnik für biomolekulare Nanostrukturen

Die Arbeitsgruppe Biomolekulare Nanostrukturen und Messtechnik erforscht und entwickelt Verfahren und Geräte für die Analyse und Anwendung molekularer Grenzflächen und elektronischer Effekte höherer Ordnung. Im Fokus stehen Point-of-Care-Anwendungen, aber auch Anwendungen im stationären Bereich und der Laboranalyse. Methodisch wird ein breites Spektrum von mikroskopischen Verfahren bis zur THz-Spektroskopie abgedeckt.

Planarer optischer Wellenleiter für biosensorische Anwendungen
© Fraunhofer IZI-BB, Foto: R. Hölzel
Planarer optischer Wellenleiter für biosensorische Anwendungen

 

Dienstleistungen:

  • Fluoreszenzmikroskopie biologischer Zellen und an Einzelmolekülen
  • Rasterkraftmikroskopie im Trockenen und Feuchten, an Zellen und Einzelmolekülen
  • Elektronenmikroskopische Analysen
  • Beschichtungen (Aufdampfen, Sputtern), Plasmareinigung, Laserstrukturierung
  • Schulungen zur Rasterkraft- und Fluoreszenzmikroskopie
  • Opto-Elektronik-Entwicklung, Optimierung z.B. der Sensitivität oder der Kosten
  • Rechner-Simulation elektronischer Analogschaltungen
  • Berechnung elektrischer Felder beliebiger dreidimensionaler Geometrie
Biomolekulare Nanostrukturen und Messtechnik
© Fraunhofer IZI-BB
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Wärmebild einer Photodetektor-Platine
© Fraunhofer IZI-BB, R. Hölzel
Wärmebild einer Photodetektor-Platine
  • Hochaufgelöste laterale Strukturierung von Immobilisaten (»Nanostrukturen«)
  • Aufbau zwei- und dreidimensionaler Nanostrukturen durch kontrollierte Selbstorganisation biologischer Makromoleküle (DNA, Proteine)
  • Direktes Drucken und Schreiben nanoskaliger Strukturen mittels Rasterkraftmikroskop und molekularer Tinte
  • Etablierung der Nanotechnologie mit Biomolekülen; Einzelmolekülverankerung
  • Entwicklung von Nanoarrays zur Einzelzelluntersuchung
  • Impedanzspektroskopie an Biomolekülen
  • Räumliche Manipulation von Molekülen durch elektrische Wechselfelder (molekulare Dielektrophorese)

  • Fluoreszenzmikroskope, konfokales Laser Scanning-Mikroskop mit Fluoreszenzkorrelationsspektroskopie und Fluoreszenzlebensdauer (FCS; FLIM; ab 350 nm)
  • Rasterkraftmikroskope (AFM, SNOM), z. T. klimatisiert
  • Rasterelektronenmikroskopie
  • Oszilloskope und Spektrumanalysatoren bis 30 GHz bzw. 20 ps
  • Vektorielle Netzwerkanalysatoren von 10 Hz bis 110 GHz

Publikationen

  • Kruse, M., Altattan, B., Laux, E.-M., Grasse, N., Heinig, L., Möser, C., Smith, D. M., & Hölzel, R. (2022). Characterization of binding interactions of SARS-CoV-2 spike protein and DNA-peptide nanostructures. Scientific Reports, 12(1), 12828. https://doi.org/10.1038/s41598-022-16914-9
  • Kruse, M., Möser, C., Smith, D. M., Müller‐Landau, H., Rant, U., Hölzel, R., & Bier, F. F. (2022). Measuring Influenza A Virus and Peptide Interaction Using Electrically Controllable DNA Nanolevers. Advanced Materials Technologies, 7(5), 2101141. https://doi.org/10.1002/admt.202101141
  • Prüfer, M., Wenger, C., Bier, F. F., Laux, E.-M., & Hölzel, R. (2022). Activity of AC electrokinetically immobilized horseradish peroxidase. Electrophoresis, 43(18-19), 1920–1933. https://doi.org/10.1002/elps.202200073
  • Stanke, S., Wenger, C., Bier, F. F., & Hölzel, R. (2022). Ac electrokinetic immobilization of influenza virus. Electrophoresis, 43(12), 1309–1321. https://doi.org/10.1002/elps.202100324
  • Laux, E.-M., Knigge, X., Bier, F. F., Wenger, C., & Hölzel, R. (2016). Aligned Immobilization of Proteins Using AC Electric Fields. Small (Weinheim an Der Bergstrasse, Germany), 12(11), 1514–1520. https://doi.org/10.1002/smll.201503052
  • Laux, E.-M., Knigge, X., Bier, F. F., Wenger, C., & Hölzel, R. (2015). Dielectrophoretic immobilization of proteins: Quantification by atomic force microscopy. Electrophoresis, 36(17), 2094–2101. https://doi.org/10.1002/elps.201500108
  • Laux, E.-M., Knigge, X., Otto S., Wenger C., Bier F.F. & Hölzel R. (2015) Nano-manipulation of proteins by AC electric fields. Eur. Biophys. J. 44, 58
  • Ermilova, E., Bier, F. F., & Hölzel, R. (2014). Dielectric measurements of aqueous DNA solutions up to 110 GHz. Physical Chemistry Chemical Physics : PCCP, 16(23), 11256–11264. https://doi.org/10.1039/c3cp55272a
  • (2014, March 3–6). Label-free Immobilization of Nano-particles on Silicon based Electrodes for Single-biomolecule Studies. In Proceedings of the International Conference on Biomedical Electronics and Devices (pp. 176–180). SCITEPRESS - Science and and Technology Publications. https://doi.org/10.5220/0004888101760180
  • Füllbrandt, M., Ermilova, E., Asadujjaman, A., Hölzel, R., Bier, F. F., Klitzing, R. von, & Schönhals, A. (2014). Dynamics of linear poly(N-isopropylacrylamide) in water around the phase transition investigated by dielectric relaxation spectroscopy. The Journal of Physical Chemistry. B, 118(13), 3750–3759. https://doi.org/10.1021/jp501325x
  • Laux, E.-M., Kaletta, U. C., Bier, F. F., Wenger, C., & Hölzel, R. (2014). Functionality of dielectrophoretically immobilized enzyme molecules. Electrophoresis, 35(4), 459–466. https://doi.org/10.1002/elps.201300447
  • Otto, S., Kaletta, U., Bier, F. F., Wenger, C., & Hölzel, R. (2014). Dielectrophoretic immobilisation of antibodies on microelectrode arrays. Lab on a Chip, 14(5), 998–1004. https://doi.org/10.1039/C3LC51190A
  • Linck, L., Reiß, E., Bier, F., & Resch-Genger, U. (2012). Direct labeling rolling circle amplification as a straightforward signal amplification technique for biodetection formats. Analytical Methods, 4(5), 1215. https://doi.org/10.1039/C2AY05760C
  • Breitenstein, M., Nielsen, P. E., Hölzel, R., & Bier, F. F. (2011). Dna-nanostructure-assembly by sequential spotting. Journal of Nanobiotechnology, 9, 54. https://doi.org/10.1186/1477-3155-9-54
  • Reiss, E., Hölzel, R., & Bier, F. F. (2011). Preparation of DNA nanostructures with repetitive binding motifs by rolling circle amplification. Methods in Molecular Biology (Clifton, N.J.), 749, 151–168. https://doi.org/10.1007/978-1-61779-142-0_11
  • Stanke, S., Bier, F. F., & Hölzel, R. (2011). Fluid streaming above interdigitated electrodes in dielectrophoresis experiments. Electrophoresis, 32(18), 2448–2455. https://doi.org/10.1002/elps.201100096
  • Breitenstein, M., Hölzel, R., & Bier, F. F. (2010). Immobilization of different biomolecules by atomic force microscopy. Journal of Nanobiotechnology, 8, 10. https://doi.org/10.1186/1477-3155-8-10
  • Henning, A., Bier, F. F., & Hölzel, R. (2010). Dielectrophoresis of DNA: Quantification by impedance measurements. Biomicrofluidics, 4(2). https://doi.org/10.1063/1.3430550

Patente

  • Bier F, Hölzel R. Method and device for directed immobilisation of nano-and micro-objects on a substrate surface, immobilisates obtained thereby, and use thereof. EP 12 775 135.2 Priority 15.11.2011

  • Leibniz-Institut für innovative Mikroelektronik IHP Frankfurt/Oder
  • Leibniz-Institut für photonische Technologien IPHT Jena
  • Institut für Physik der Akademie der Wissenschaften der Tschechischen Republik CAS Prag
Strömungsfeld über interdigitalen Mikroelektroden zur dielektrophoretischen Immobilisierung von Mikropartikeln
© Fraunhofer IZI-BB, S. Stanke
Strömungsfeld über interdigitalen Mikroelektroden zur dielektrophoretischen Immobilisierung von Mikropartikeln