Genlabor zum Mitnehmen

Kostengünstig und batteriebetrieben: PCR-Gerät im Taschenformat

02.05.2007

Eine Vielzahl diagnostischer Methoden basiert auf der PCR (Polymerasekettenreaktion): Mit ihrer Hilfe der lassen sich selbst winzigste Mengen genetischen Materials so vervielfältigen, dass eine Analyse möglich wird - um beispielsweise Erreger gefährlicher Infektionskrankheiten rasch und zuverlässig zu identifizieren. Forscher von der Texas A&M University haben nun den Prototyp eines batteriebetriebenen Taschen-PCR-Geräts entwickelt, den sie in der Zeitschrift Angewandte Chemie vorstellen. Einfach in Konstruktion und Handhabung ließe sich dieser unkonventionelle Thermocycler für etwa 10 US-Dollar herstellen. Ideal für den Einsatz in Gebieten mit schlechter Infrastruktur.

Die PCR umfasst drei Reaktionsschritte, die wieder und wieder durchlaufen werden müssen, bis genügend Kopien an genetischem Materials hergestellt sind. Der Haken: Alle drei Schritte laufen bei unterschiedlichen Temperaturen (95, ca. 50 und 72 °C) ab. Um diesen Temperaturwechsel zu automatisieren, wurden Thermocycler entwickelt, Geräte, die die Rekationsmischung in vorgegebenen Intervallen heizen, kühlen und wieder heizen, immer und immer wieder. Das ist zeitaufwändig und braucht viel Strom.

Das Team um Victor M. Ugaz fand nun einen erstaunlich simplen Kniff, ohne das lästige Heizen und Kühlen auszukommen. Statt die Temperatur zur Reaktionslösung bringen sie die Reaktionslösung zur Temperatur: In einem geschlossenen Kreislauf durchläuft die Reaktionslösung kontinuierlich drei Zonen, in denen die drei benötigten Temperaturen herrschen. Der Clou: Die Lösung muss dazu nicht einmal umgepumpt werden, sondern tut das von ganz allein. Antreibende Kraft ist ein Phänomen namens Konvektion. Aufgrund des Dichteunterschiedes beginnt ein Fluid zwischen warmen und kalten Bereichen eines geschlossenen Kreislaufs zu zirkulieren.

Herzstück des Prototyps sind drei Metallblöcke, von denen einer per Widerstandheizung auf 95 °C geheizt wird. Schrauben aus einem anderen Metall verbinden die Blöcke miteinander. Richtig ausgelegt sorgt diese Konstruktion dafür, dass sich in den beiden nichtbeheizten Blöcken automatisch die gewünschten Temperaturen einstellen. Auf diese Weise reichen zwei kleine Batterien zum Betrieb des Taschen-Thermocyclers. Als Reaktionsgefäß dient ein feiner Kunststoffschlauch, der um die Blöcke geführt wird. Über dessen Durchmesser kann das Reaktionsvolumen, üblicherweise im unteren Mikroliterbereich, je nach Erfordernissen angepasst werden.

Originalveröffentlichung: Victor M. Ugaz et al.; "A Pocket-Sized Convective PCR Thermocycler"; Angewandte Chemie 2007.

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