Paracelsus lässt grüßen – Biosensor zur absoluten Dosimetrie von UV-Strahlung

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Als Quantifizierungsinstrument kann die Methode der Quantitativen PCR (qPCR) eingesetzt werden. Bei dieser Methode werden Sequenzabschnitte enzymatisch amplifiziert und aus der mittels Fluoreszenz beobachteten Vermehrungskinetik auf die ursprünglich eingesetzte DNA-Menge (Template-DNA) geschlossen. Treffen die dabei beteiligten Enzyme auf Thymindimere brechen sie die Vermehrung des Moleküls ab. Dadurch ergibt sich eine Abhängigkeit zwischen der Anzahl der entstandenen Thymindimere und der reduzierten Amplifikatmenge des Moleküls am Ende der Reaktion.

Wenn diese qPCR parallel im gleichen Molekül mit einem nicht UV-sensitiven DNA-Abschnitt durchgeführt wird, hat man für jede Reaktion einen stabilen Bezugswert. Der direkte Bezug zur UV-Dosis kann über eine Eichgrade festgelegt werden, bei der die Moleküle der beschriebenen Art mit definierten UV-Dosen behandelt werden und anschließend die dazugehörige Amplifikatmenge mittels qPCR bestimmt wird. Hiermit sind absolute UV-Dosismessungen realisierbar. Um das Biomolekül in hohen Mengen zu gewinnen, wurden die Anteile in ein Multicopy-Plasmid kloniert und in großer Menge nach Klonierung aus E.coli isoliert, aufgereinigt und für den experimentellen Einsatz in definierten Konzentrationen aliquotiert.

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Biosensor – UV-Dosis-Werte exakt bestimmen

Das Biomolekül wurde anschließend UV-Strahlung ausgesetzt und hierbei die genaue Dosis mit Unterstützung des Mess­equipments der Firma Heraeus aufgenommen. Nach qPCR lässt sich so eine Dreipunkteichung aufnehmen die im Bereich 0 bis 1250 Wsek/m² weitgehend linear verläuft. Zur Messung stationärer UVC-Dosen lässt sich das Biomolekül auf Nitrocelluloseoberflächen spotten und in einen Träger bestehend aus einem Quarzglasplättchen, einer dünnen Messingplatte und einer Außengummierung einbringen (s. Abb. 3). Hierdurch lässt sich der Biosensor versenden und kann etwa zur Personendosimetrie oder auch zur Messung stationärer UVC-Dosen eingesetzt werden. Durch Rücksendung an ein Labor und Auswertung mittels qPCR kann innerhalb einer kurzen Zeitspanne die tatsächliche UVC-Dosis bestimmt werden.

Die minimale Haltbarkeit des Biosensors bis zur Analyse kann mit drei Monaten angegeben werden. Der Biosensor lässt sich auch vernebeln und kann nach Passage eines zu analysierenden UV-Systems durch Auffangen des Moleküls und anschließender qPCR exakte Dosiswerte liefern. Hersteller von UV-Entkeimungssystemen haben damit erstmalig die Möglichkeit, tatsächliche UV-Dosen bestimmen zu lassen. Außerdem lassen sich so innerhalb eines Tages alle Systemparameter für Luftentkeimungssysteme optimieren.

Abbildung 6 (online) zeigt erstmalig den Effekt einer Verspiegelung eines UV-Entkeimungssystemes. Während früher nur spekuliert werden konnte, ist bei Einsatz des Biosensors zu erkennen, dass durch Verspiegelung die tatsächliche UV-Dosis deutlich erhöht wird. Variationen wie Luftdurchsatz, Lichtfallen, Ventilatorarten und Verspiegelungen können somit innerhalb eines Prüftages optimiert werden. n

Dieses Projekt wurde gefördert vom Bundesmininsterium für Wirtschaft und Technologie.

Literatur:

[1] Manthey, K.F., Daniemeyer, F., Hengst, W., Licht als therapeutische Alternative bei Intermediärer Uveitis und chronischer Iridocyklitis. Verlag Bertelsmann Stiftung, 1988

[2] Munk, K., Genetik , Spektrum Akademischer Verlag, 2001

[3] FuE-Projekt: „Entwicklung eines DNA-Biosensormoleküls zur Erfassung von UVC-Dosen“, Förderkennzeichen KF2414004AK2

[4] K. Peter C. Vollhardt, Neil E. Schore: Organische Chemie, 4. Auflage, Wiley-VCH, Weinheim 2005, ISBN 3-527-31380-X, S. 181.

* A. Bermpohl, J. Bork, J. Weißer, H. Bednarz, M. O. Vogel, K. Niehaus: biotec Umwelt-Analytik Beratung Service GmbH, 33332 Gütersloh

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