Schon seit langem setzen Labors rund um den Globus auf Glaskapillaren von Hilgenberg, wenn es auf höchste Qualität und Präzision ankommt. Mit einer neuen Produktentwicklung dringt das Malsfelder Unternehmen nun auch zu Anwendungen im Nanobereich vor.

Glaskapillaren, wie sie von der Hilgenberg GmbH angeboten werden, kommen beispielsweise in der Mikrobiologie als „Zellenstaubsauger“ bei der Manipulation von Zellen zum Einsatz. Dafür verfügen sie über kleinste Öffnungen an ihrer Mündung, an denen einzelne Zellen fixiert werden können – ein Bild, das in Zusammenhang mit der Debatte über das Klonen bekannt geworden ist.

Eine neue Methode ermöglicht nun einen Quantensprung in der Verkleinerung der Kapillarenmündung – von Durchmessern im Mikrometerbereich (10^-6 m) in die Nanowelt (10^-9 m). Dadurch können nun auch Glaskapillaren hergestellt werden, deren Mündungen sogar einzelne Moleküle wie Proteine oder DNA gezielt einsaugen können. In Kombination mit empfindlichen Stromverstärkern wird so eine Detektion von Proteinen oder DNA möglich, die exakte Aussagen über die Länge, Größe und Anzahl der Moleküle erlauben, die sich durch die Mündung der Glaskapillare bewegen.

Möglich wird diese extreme Verkleinerung der Kapillarenmündung durch die Erhitzung des Glases, das hauptsächlich aus Siliziumoxid besteht, unter dem Elektronenmikroskop. Ein Verfahren, das eher zufällig von dem Wissenschaftler Lorenz Steinbock entdeckt wurde, der eine Glaskapillare zu lange unter der Bestrahlung eines Elektronenmikroskopes ausgesetzt hatte. Dabei bemerkte er, dass sich der Durchmesser der Öffnung stetig verkleinerte, da durch den Elektronenstrahl das Glas schmilzt und sich durch die Oberflächenspannung die Atome neu anordnen.

Das Schrumpfen der Glasskapillarenmündung im Nanometerbereich unter dem Elektronenmikroskop kann mit der Arbeit eines Glasbläsers verglichen werden, der mithilfe einer Flamme und durch Einsatz von Rotation und Luftdruck sein Werkstück bearbeitet. So, wie der Glasbläser ganz gezielt sein Werkstück der Hitze aussetzt, kann auch die Intensität des Elektronenstrahls verringert oder gestoppt werden, wenn die Öffnung der Nanokapillare den gewünschten Durchmesser erreicht hat.

Dadurch wird das Anwendungsgebiet für Glaskapillaren, wie sie von Hilgenberg angeboten werden, noch einmal deutlich erweitert.

• Controllable Shrinking and Shaping of Glass Nanocapillaries under Electron Irradiation
• LJ Steinbock, JF Steinbock, A Radenovic
• Nano letters 13 (4), 1717-1723

• DNA Translocation through Low-Noise Glass Nanopores,
• LJ. Steinbock, R. Bulushev, S. Krishnan, C. Raillon, A. Radenovic
• ACS Nano, 2013