QUANTUMDOTS ALS HALFGELEIDERLABELS VOOR DE BIOLOGIE

Wie de processen die zich in cellen afspelen wil volgen, moet de (bio)moleculen die daarbij betrokken zijn kunnen zien. Van oudsher worden daarvoor lichtgevende labels gebruikt, kleurstoffen die - eenmaal gehecht aan bijvoorbeeld het gewenste eiwit - onder een UV-lamp rood of groen oplichten. Onafhankelijk van elkaar hebben twee groepen Amerikaanse chemici aangetoond dat hiervoor veel beter quantumdots kunnen worden gebruikt, minuscule flintertjes halfgeleidermateriaal (Science, 25 september 1998). De tot nu toe meest gebruikte laserkleurstoffen zijn vaak giftig, gaan snel kapot en moeten bij verschillende golflengten aangeslagen worden. Zoiets vraagt om de beschikbaarheid van een aantal lasers, en dat is niet erg praktisch.

Door gebruik te maken van quantumdots lijken al deze problemen in een klap te kunnen worden opgelost. De elektronen die in zo'n stukje halfgeleider ter grootte van een paar nanometer zijn opgesloten, kunnen zich alleen in bepaalde energieniveaus bewegen. Wanneer ze 'overspringen' zenden ze licht uit. Hoe kleiner de dot en hoe meer de elektronen opgesloten zitten, des te blauwer is het uitgezonden licht.

De golflengte waarbij fluorescentie optreedt is zo nauwkeurig bepaald, dat de verschillende soorten heel gemakkelijk van elkaar te onderscheiden zijn. Ook dat is een belangrijk voordeel ten opzichte van de klassieke kleurstoffen, die juist over een heel breed kleurgebied licht geven. Bovendien kunnen alle quantumdots met één enkele laser worden aangeslagen, waardoor verschillend gelabelde biomoleculen tegelijkertijd kunnen worden afgebeeld. Om de normaal gesproken in water onoplosbare materialen toch in een cel te krijgen, diende wel het oppervlak worden gemodificeerd. Bovendien moesten er chemische groepen op worden aangebracht die kenmerkend zijn voor een bepaald eiwit. Aan de hand van een aantal modelsystemen kon worden aangetoond dat zelfs afzonderlijke quantumdots nog konden worden waargenomen. Dat opent onder meer mogelijkheden voor het vergroten van de gevoeligheid van een aantal diagnostische tests, zoals die waarmee het HIV-virus kan worden aangetoond. Ten slotte zou ook het aflezen van de basenvolgorde in een gen wel eens een stuk makkelijker en sneller kunnen gaan wanneer deze felle markers ook voor DNA geschikt worden gemaakt.