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Carsten Sönnichsen: Winzige lichtempfindliche Biosensoren aus Gold

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Carsten Sönnichsen ist Leiter der Nanobiotechnologie-Gruppe am Institut für Physikalische Chemie an der Johannes Gutenberg-Universität Mainz. Quelle: Markus Lunnebach / Universität Mainz

13.10.2010  - 

Carsten Sönnichsen entspannt am besten bei der Lektüre eines Physikjournals, gerne auch schon zum Frühstück. Kein Wunder, denn der Leiter der Nanobiotechnologie-Gruppe am Institut für Physikalische Chemie an der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) tauchte bereits in jungen Jahren in die komplexe Welt der Physik, Chemie und Mathematik ein. Im Eiltempo bestritt er Lehre und Studium, mit 32 Jahren trat der Physiker eine der ersten Junior-Professuren an der JGU an. Erst kürzlich bekam Carsten Sönnichsen für seine herausragenden Arbeiten einen ERC-Starting Grant der Europäischen Union in Höhe von 1,5 Millionen Euro, um die Erforschung von metallische Nanopartikeln voranzutreiben. Sönnichsen und sein Team detektieren mit Hilfe von antennenartigen Goldpartikeln die Wechselwirkungen zwischen einzelnen biologischen Molekülen. Diese kleinen Sensoren könnten künftig helfen, komplexe Blutanalysen mit nur wenigen Tropfen Blut in kürzester Zeit durchzuführen.



 

Carsten Sönnichsen entdeckte seine naturwissenschaftliche Begabung bereits als Schüler. Die Ausbildung zum Chemisch-Technischen Assistenten absolvierte er neben seiner gymnasialen Schulzeit an den freien Nachmittagen. Seine ersten Vorlesungen in Experimentalphysik hörte er bereits in der 13. Klasse. „Mittwoch vormittag hatte ich immer frei, da bot sich die Vorlesung an der Uni förmlich an,“ sagt Carsten Sönnichsen. Im Zivildienst verhielt es sich ähnlich – eine Freundin - ebenfalls Physikstudentin, warf ihm die Übungsaufgaben regelmäßig in seinen Briefkasten. „So konnte ich mir den Stoff an meinen freien Tagen selbst beibringen. Für Klausuren habe ich mir dann einen Tag freigenommen,“ resümiert der in Hamburg geborene Forscher.

Nahaufnahme einer Probe in einem speziellen Mikroskop, das die winzigen Goldteilchen sichtbar macht.Lightbox-Link
Nahaufnahme einer Probe in einem speziellen Mikroskop, das die winzigen Goldteilchen sichtbar macht.Quelle: Markus Lunnebach / Universität Mainz

Feine Goldpartikel können Licht einfangen

Seit fünf Jahren ist der nun 37-jährige Physiker Professor an der JGU in Mainz. Zunächst begann er als Juniorprofessor am Institut für Physikalische Chemie, seit einem Jahr hat er eine reguläre Professorenstelle inne und ist Leiter der Nanobiotechnologie-Gruppe. Mit zehn Mitarbeitern forscht Sönnichsen an Plasmonen, die von Physikern als Plasma-Schwingungsquanten bezeichnet werden. „Schon in der Antike erkannte man, dass Goldstaub in einer anderen Farbe erscheint als ein Goldnugget und benutzte das zur Herstellung von rötlich-schimmernden Gläsern,“ so der Familienvater. Je nach Größe der Goldpartikel bildet sich eine andere Farbe aus, was auf die  Wechselwirkung der einzelnen Partikel mit dem Licht zurückzuführen ist. Gold-Nanopartikel eignen sich aufgrund dieser Wechselwirkung als Antennen für Lichtwellen. Sönnichsen fand heraus, dass sich für den Empfang von Lichtwellen metallische Nanopartikel mit der Größe von 10 bis 50 nm am Besten eignen. „Die Wechselwirkung dieser Minipartikel mit Licht kann man sogar mit einem einfachen Lichtmikroskop sehen,“ sagt er.

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„Wir haben erkannt, dass sich die Farbe ändert, wenn Moleküle an diese Zwergen-Partikel gebunden sind und können sie somit als Sensoren benutzen,“ sagt Sönnichsen, der vor seiner Zeit an der JGU als Nachwuchswissenschaftler am Lawrence Berkeley Nationallabor in den USA arbeitete. Der Arbeitsgruppe um Sönnichsen ist es nun gelungen, Nanopartikel als Marker dahingehend zu gestalten, dass sie noch kleinste Mengen an Molekülen detektieren. Was heute noch Grundlagenforschung ist, kann zukünftig ganze Industriezweige revolutionieren: Eine der Zukunftsvisionen ist, die mit Molekülen beladenen Goldpartikel zur Analyse im Medizinbereich einzusetzen: Bereits nach der Abnahme von wenigen Tropfen Blut könnte der Arzt noch im Patientenzimmer eine aufwendige Diagnostik durchführen, die heute noch sehr lange dauert und von Speziallaboren erledigt werden muss. Die Arbeit von Sönnichsen und seinem Team wurde bislang auch vom BMBF unterstützt. Nun ist auch die Europäische Union mit an Bord. Erst kürzlich wurde Sönnichsen mit dem ERC-Starting Grant in Höhe von 1,5 Millionen Euro bedacht. Mit diesen Mitteln wollen die Mainzer Nanobiotechnologen ihre Goldsensoren einsetzen, um weitere molekulare Vorgänge in der Biologie oder Medizin zu beobachten.


Autorin des Textes: Andrea van Bergen

 

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