Wetenschap - 12 augustus 2010

Weg vrij voor betere biosensor

Wageningse chemici kunnen perfecte monolaagjes maken op oxidevrij silicium. De vinding opent de weg voor nieuwe en betere biosensoren.

Het printen van patronen op monolaagjes: hier een amine op een monolaagje met zuurfluoride.
Biosensoren zijn detectieapparaatjes die moleculen opsporen. Het gevoelige element van zo'n sensor, de moleculaire vangarm, zit vast aan een oppervlak, zeg maar de bodem. Vaak is dat een plaatje silicium. Als een stofje wordt gevangen, veranderen de elektrische eigenschappen van het silicium.  Ziedaar: de basis van een meter.
Silicium oxideert evenwel onmiddellijk als het aan lucht of water wordt blootgesteld. Zo'n oxidelaagje aan het oppervlak maakt het lastiger om een gevoelige en stabiele biosensor te maken. Een sensor op basis van oxidevrij silicium heeft daarom voordelen. Promovendus Luc Scheres heeft een proces ontwikkeld om dat voor elkaar te boksen. Hij promoveerde net voor de zomervakantie cum laude op zijn werk bij professor Han Zuilhof (Organische Chemie).
Klaar
De kern van Scheres werk is dat hij een methode heeft ontwikkeld om onder milde reactieomstandigheden (kamertemperatuur, bij vacuum en in het donker) vrijwel perfecte monolaagjes te maken op plaatjes silicium. Laagjes dus van maar één molecuul dik. In dit geval gaat het om alkynen: eenvoudige koolwaterstoffen met een drievoudige binding aan het uiteinde voor de reactie met het silicium. Na binding aan het silicium blijft een alkeen, een dubbele binding, over. De perfectie zit 'm in de bezettingsgraad van het dunne filmpje. 'Theoretisch is een bezetting van 69 procent van het oppervlak mogelijk. Ik kom tot 65 procent', legt Scheres uit. 'En hoe hoger de bezettingsgraad, hoe stabieler de laag.' Het laagje moleculen behoedt het silicium voor oxidatie. 'Deze lagen zijn nu wel klaar voor toepassing.'
Interface
Scheres laat ook zien wat je er zoal mee kunt, met zo'n laagje. Daartoe maakte hij laagjes met aan het uiteinde van de koolwaterstofketen een zuurfluoride. Zo'n functionele groep is uiterst reactief voor amines, zodat gemakkelijk complexe biomoleculen op het oppervlak geplakt kunnen worden. Deze kunnen op hun beurt selectief bepaalde stoffen uit een oplossing vissen: het principe van de biosensor. Het monolaagje fungeert dus als een soort interface die het mogelijk maakt snel, effectief en oxidevrij te werken.
Bloedanalyse
In zijn proefschrift laat Scheres ook zien dat je eenvoudig patronen op het monolaagje kunt printen. Met laserlicht zijn zelfs patronen met uiterst smalle lijnen (100 nm breed) mogelijk. Laserlicht brandt plaatselijk het monolaagje weg en creëert daarmee ruimte voor nieuwe functionele groepen. Groepen die bijvoorbeeld eiwitten, DNA, suikers of antilichamen binden. 'Het uiteindelijke doel is natuurlijk een chip te ontwikkelen die bijvoorbeeld supersnel bloed analyseert. Je legt dan een druppel bloed op een sensor die kenmerkende stoffen voor enkele honderden ziektebeelden kan detecteren.' Nu is dat nog toekomstmuziek. 'Maar we hebben een paar forse stappen gezet', vindt Scheres. 

Re:ageer