Biomolekulare Nanostrukturen und Messtechnik

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.

Angewandte Forschung und Entwicklung

  • 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)

Services

  • 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

  • Optische Mikroskope (Fluoreszenz, Fluoreszenzlebensdauer, DIC, Phasenkontrast, Dunkelfeld)
  • Konfokales Laser Scanning-Mikroskop mit Fluoreszenzkorrelationsspektroskopie (FCS, Zeiss Confocor, ab 350 nm)
  • Hochsensitive CCD-Kameras mit Einzelphotonensensitivität
  • Rasterkraftmikroskope (AFM, SNOM), z. T. klimatisiert
  • Rasterelektronenmikroskopie
  • Oberflächenlabor (Elektronenstrahlverdampfer, Spin-Coater, Sputtern, Plasma-Reinigung, CO2-Laserplotter)
  • Oszilloskope und Spektrumanalysatoren bis 30 GHz bzw. 20 ps
  • Vektorielle Netzwerkanalysatoren von 10 Hz bis 110 GHz
  • Impedanz-Analysator bis 500 MHz
  • Lock-in-Verstärker (nV-Bereich) bis 200 MHz
  • Kapazitätsmessbrücke mit aF-Sensitivität (10 -18 F)
  • Faseroptischer Zellkulturwächter

Publikationen

  • Ermilova E, Bier FF, Hölzel R. Dielectric measurements of aqueous DNA solutions up to 110 GHz. Phys. Chem. Chem. Phys., 16 (2014): 11256-11264.
  • Füllbrandt M, Ermilova E, Asadujjaman A, Hölzel R, Bier FF, von Klitzing R, Schönhals A. Dynamics of Linear Poly(N-isopropylacrylamide) in Water around the Phase Transition Investigated by Dielectric Relaxation Spectroscopy. J Phys Chem B. 118 (2014): 3750-3759.
  • Laux EM, Kaletta UC, Bier FF, Wenger C, Hölzel R. Functionality of dielectrophoretically immobilized enzyme molecules. Electrophoresis. 35 (2014): 459-466.
  • Otto S, Kaletta U, Bier FF, Wenger C, Hölzel R. Dielectrophoretic immobilisation of antibodies on microelectrode arrays. Lab Chip. 14 (2014): 998-1004.
  • Scheller FW, Yarman A, Bachmann T, Hirsch T, Kubick S, Renneberg R, Schumacher S, Wollenberger U, Teller C, Bier FF. Future of Biosensors: A Personal View. Adv Biochem Eng Biotechnol. 140 (2014):1-28.
  • Tanne J, Dietzel B, Scheller FW, Bier F. Nanohybrid Materials Consisting of Poly[(3-aminobenzoic acid)-co-(3-aminobenzenesulfonic acid)-co-aniline] and Multiwalled Carbon Nanotubes for Immobilization of Redox Active Cytochrome c. Electroanalysis 26 (2014): 732–738.
  • Tanne J, Kracher D, Dietzel B, Schulz B, Ludwig R, Lisdat F, Scheller FW, Bier FF. Carboxylated or aminated polyaniline-multiwalled carbon nanotubes nanohybrids for immobilization of cellobiose dehydrogenase on gold electrodes. Biosensors. 2014 Oct 22;4(4):370-386. DOI dx.doi.org/10.3390/bios4040370.
  • Bier FF. Nanobiotechnology for integration in bioanalysis. New Biotechnology, 29 (2012): S33.
  • Linck L, Reiß E, Bier F, Resch-Genger U. Direct labeling rolling circle amplification as a straightforward signal amplification technique for biodetection formats. Analytical Methods 4 (2012): 1215-1220.
  • Bier FF. Autonomous Biosensors – Technologies that help to bring biomarkers to the patient. Clinical Chemistry and Laboratory Medicine, 49 Suppl. 1 (2011): S158.
  • Bier FF, Schumacher S. Biosensoren der Zukunft: Patientennahe in vitro-Diagnostik für personalisierte Medizin. Public Health Forum, 19 (2011): 26.e1-26.e4.
  • Bier FF, Teller C. Biosensoren der Zukunft – in vitro-Diagnostik im Point-of-Care-Format für die personalisierte Medizin. Karsten Conrad, Dirk Roggenbuck, Werner Lehmann, Uwe Schedler, Günter Peine (Hrsg.): Multiparameteranalytik in Forschung und Praxis, Pabst Publishers Lengerich 2011 ISBN 978-3-89967-703-4, pp. 185-188
  • Breitenstein M, Nielsen PE, Hölzel R, Bier FF. DNA-nanostructure-assembly by sequential spotting. J Nanobiotechnology 9 (2011): e54.
  • Reiß E, Hölzel R, Bier FF. Preparation of DNA Nanostructures with Repetitive Binding Motifs by Rolling Circle Amplification. Methods Mol Biol. 749 (2011):151-168.
  • Stanke S, Bier FF, Hölzel R. Fluid streaming above interdigitated electrodes in dielectrophoresis experiments. Electrophoresis 32 (2011): 2448-2455.
  • Breitenstein M, Hölzel R, Bier FF. Immobilization of different biomolecules by atomic force microscopy. J Nanobiotechnology. 8 (2010): e10.
  • Henning A, Bier FF, Hölzel R. Dielectrophoresis of DNA: Quantification by impedance measurements. Biomicrofluidics 4 (2010):, 022803 (9pp.) highly accessed.

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. WO 2013/071994 A1. 23 May 2013.
  • Duschl C, Lankenau A, Lutz JF, Laschewsky A, Wischerhoff E, Fuhr GR, Bier F. Substrate, culture facility and culture method for biological cells. EP 2 550 352 A1. 30 Jan. 2013.