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Definition Was sind Biochips?

Von Casablanca 2 min Lesedauer

Der Begriff „Biochip“ ergibt sich aus den beiden englischen Begriffen „bio“ für „biologisch“ und „chip“ für „Splitter“. Es handelt sich dabei um kleinste Speicherelemente, die biologisch und biochemisch aktive Stoffe auf engem Raum immobilisieren.

Biochips: Microarrays und Sensoren mit biologischem Material.(Bild: scyther5, Getty Images via Canva.com)
Biochips: Microarrays und Sensoren mit biologischem Material.
(Bild: scyther5, Getty Images via Canva.com)

Der Grundaufbau unterscheidet sich zwischen den Formen von Biochips nur geringfügig. Zwei Komponenten spielen dabei eine besondere Rolle: Einerseits das Trägermaterial und andererseits das namensgebende biologische Material. Als Trägermaterial kommen wahlweise speziell beschichtete Kunststoffe oder beschichtetes Glas in Frage. Das biologische Material, die sogenannten immobilisierten Tests, sind häufig nur wenige Mikrometer groß und werden fest auf dem Trägermaterial befestigt. Zumindest die Biochips, die auf Glas aufbauen, sind optisch damit sehr ähnlich zu den Mikroskopie-Objektträgern.

Eine Unterteilung nach Form und Variante erfolgt im Regelfall nach den biologischen Stoffen beziehungsweise Tests. So gibt es beispielsweise DNA-Chips, mit denen sich RNA- und DNA-Stränge nachweisen lassen. Protein-Biochips hingegen dienen zur Erfassung und dem Nachweis von Proteinen. Auch Antikörper innerhalb dieser Proteine lassen sich damit analysieren.

Eine Sonderform sind Biochips, die auf Halbleitern basieren. Hierbei ist eine Abgrenzung gegenüber Protein- und DNA-Biochips erforderlich. Beide nutzen bewährte und wissenschaftlich hinreichend erforschte Verfahren, die eigentliche Weiterentwicklung bestand in der signifikanten Verringerung der Größe der Tests. Halbleiter-Biochips bauen hingegen auf einem gänzlich neuen Verfahren auf und werden daher auch heute noch, viele Jahre nach ihrer erstmaligen Nutzung, als im Forschungsstadium angesehen. Der Vorteil von Halbleiter-Biochips liegt in ihrer kostengünstigen Anwendung, da mehrere Arbeitsschritte ebenso wie eventuelle Signalverstärker entfallen. So benötigen Halbleiter-Biochips zum Beispiel keine Fluoreszenz-Scanner, Protein- und DNA-Biochips hingegen schon.

Zur Geschichte von Biochips

Nach wie vor handelt es sich um eine relativ neuartige Technologie, deren Anfänge sich in die 1990er-Jahre zurückverfolgen lassen. Nach der Kommerzialisierung der Technologie setzte diese sich relativ zügig in verschiedenen Naturwissenschaften und Feldern durch, unter anderem der Biochemie, Genetik, Mikrobiologie sowie der Medizin und den digitalisierten Medizinwissenschaften.

Die Akzeptanz und Verbreitung von Biochips ist mehreren Vorteilen geschuldet, die diese gegenüber den damaligen Standardverfahren hatten und haben. So wurden, aufgrund der sehr kompakten Größe, beispielsweise nur geringfügige Probemengen benötigt, außerdem sind viele Tests automatisierbar. Bereits die schiere Anzahl der möglichen Tests, angelehnt an das biologische Material, stellte eine deutliche Verbesserung gegenüber den verwandten Forschungsmethoden in den 70er- und 80er-Jahren dar. Bis zur Erfindung von Biochips, wurden derartige Tests typischerweise in aufwändigen und kostenintensiven chromatographischen Verfahren durchgeführt. Heute gibt es eine ganze Reihe von auf Biochips spezialisierten Anbietern und Herstellern.

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