DE19961951A1

DE19961951A1 - Making biosensitive layer, perforates membrane by ion bombardment and etching, then closes perforations with lipid double layer and introduces ion channels

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Publication number: DE19961951A1
Application number: DE1999161951
Authority: DE
Inventors: Steffen Friedrich; Reiner Salzer; Klaus Herzog
Original assignee: Technische Universitaet Dresden
Current assignee: Technische Universitaet Dresden
Priority date: 1999-12-20
Filing date: 1999-12-20
Publication date: 2001-06-28
Anticipated expiration: 2019-12-21
Also published as: DE19961951C2

Abstract

In a 2-30 micro m polyester membrane (6), holes are formed by bombardment with ions and subsequent etching. Their mean diameter is 400 nm to 40 micro m, filled with a fluid lipid double layer (3). Ion channels (32) are introduced into the double layers. Selected composition of the self-supporting lipid double layers restricts integrated ion channel (32) opening at the respective working temperature. An Independent claim is included for apparatus carrying out measurements, essentially as indicated. Electro-physiological measurements or ion flow measurements with ion tracers are undertaken. Insulated measurement chambers are filled with aqueous solutions and connected by an opening with diameter 0.2-2 mm, which supports the membrane. Ion channels interconnect reservoirs (3, 4).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer biosensorischen Schicht nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Messung mit derartigen Schichten nach dem Oberbegriff des Anspruchs 8 für pharmakologische und toxikologische Fragestellungen.The invention relates to a method for producing a biosensory layer according to the Preamble of claim 1. The invention further relates to a device for measurement with such layers according to the preamble of claim 8 for pharmacological and toxicological issues.

Der Bedarf an biosensorischen Schichten (Biosensoren), die eine extrem hohe Sensitivität und Selektivität aufweisen, steigt ständig. Primäre Bedeutung haben dabei pharmakologische und toxikologische Fragestellungen erlangt. Darüber hinaus wird der Einsatz von Biosensoren bereits in der Medizin in diagnostischen und therapeutischen Verfahren erprobt.The need for biosensory layers (biosensors) that are extremely high sensitivity and Show selectivity is constantly increasing. Pharmacological and Acquired toxicological issues. In addition, the use of biosensors already tested in medicine in diagnostic and therapeutic procedures.

Von den verschiedenen Biosensoren haben sich vor allem die modifizierten Biofunktionskomponenten mit natürlichem Vorbild bewährt. Hierzu gehören Enzyme, Antikörper und natürlich vorkommende Ionenkanäle. Die wichtigsten Anwendungsgebiete für Biosensoren mit natürlichen Ionenkanälen sind die Pharmaforschung, die Toxikologie, die Neurologie und der Bereich der technischen Aktoren.Of the various biosensors, the most modified ones Tried and tested biofunction components with a natural role model. This includes enzymes, Antibodies and naturally occurring ion channels. The main areas of application for Biosensors with natural ion channels are pharmaceutical research, toxicology, the Neurology and the field of technical actuators.

Für die Pharmaforschung sind Ionenkanäle als die zentralen biologischen Bausteine für Reizentstehung, Reizleitung und Informationsaustausch zwischen den Zellen interessant. Eine Vielzahl von Krankheiten können auf die veränderte Aktivität von Ionenkanälen zurückgeführt werden. Damit erschließt sich ein breites Anwendungsfeld in der Entwicklung und Erprobung von Pharmaka sowie im Screening bei der Wirkstoffsynthese.Ion channels are the central biological building blocks for pharmaceutical research Interest generation, stimulus conduction and information exchange between the cells interesting. A A variety of diseases can be attributed to the changed activity of ion channels become. This opens up a wide range of applications in development and testing of pharmaceuticals and in screening for drug synthesis.

Die hohe Selektivität - insbesondere von ligandengesteuerten Ionenkanälen - kann zur biochemischen Detektion von Toxinen in der Umweltüberwachung, Militärtechnik und Lebensmittelüberwachung genutzt werden. Dabei sind kontinuierliche Langzeitmessungen für das online-Monitoring von Neurotoxinen sowie der Einsatz von Teststreifen für den spezifischen Nachweis von Pilzgiften u. ä. in Nahrungsmitteln möglich.The high selectivity - especially of ligand-gated ion channels - can lead to biochemical detection of toxins in environmental monitoring, military technology and Food monitoring can be used. Continuous long-term measurements for the online monitoring of neurotoxins and the use of test strips for the specific detection of fungal toxins u. possible in food.

Die Erfassung in Nerven geführter Reize ist für neurologische Diagnosen eine wichtige Größe. Gestörte Areale der Nerven könnten nach genauer Lokalisation gezielt substituiert werden. Darüber hinaus ermöglichen Biosensorsysteme mit Ionenkanälen als Rezeptorkomponente die technische Entwicklung von Neuroprothesen. The detection of nerve-guided stimuli is an important parameter for neurological diagnoses. Disturbed areas of the nerves could be specifically replaced after precise localization. In addition, biosensor systems with ion channels as receptor components enable the technical development of neuroprostheses.

Durch einen geöffneten Ionenkanal können in einer Sekunde ca. 10⁷ Ionen strömen, so daß das primäre Signal intrinsisch um ein Vielfaches verstärkt wird. Ionenkanäle können folglich nicht nur als biochemischer Schalter sondern auch als biochemischer Verstärker genutzt werden. Sie entsprechen der biologischen Form eines Transistors. Die Nachbildung natürlicher Speicherstrukturen ist daher wie die biologische Informationsverarbeitung an Ionenkanäle gebunden.About 10 ⁷ ions can flow through an open ion channel in one second, so that the primary signal is amplified intrinsically by a multiple. Ion channels can therefore not only be used as a biochemical switch but also as a biochemical amplifier. They correspond to the biological form of a transistor. The replication of natural storage structures is therefore linked to ion channels like biological information processing.

Ionenkanäle können aus biologischem Material isoliert [W. Schiebler, F. Hucho, Eur. J. Biochem., 1978, 85, 55-63], danach teilweise chemisch modifiziert [B. A. Cornell, V. L. B. Braach-Maksvytis, L. G. King, P. D. J. Osman, B. Raguse, L. Wieczorek, R. J. Pace, Nature, 1997, 387, 580-583] oder synthetisch hergestellt werden [M Tamaki, M. Takimoto, I. Muramatsu, Bull. Chem. Soc. Jpn., 1988, 61, 3925-3929]. Insbesondere beim Einsatz von Ionenkanälen aus biologischem Material ist es häufig erforderlich, sie nach der Gewinnung noch weiter im Probenmaterial anzureichern. Dafür geeignete Methoden sind u. a. die Saccharosdichtegradientenzentrifugation [J. R. Duguid, M. A. Raftery, Biochemistry, 1973, 12(19), 3593-3597], die pH11-Extraktion [S. Hertling-Jaweed, G. Bandini, F. Hucho in Purification of nicotinic acetylcholine receptors (Hrsg.: E. C. Hulme), Oxford University Press, Oxford, 1990, Kapitel 7, S. 163], die Hochleistungsflüssigkeitschromatographie [R. E. Koeppe II, L. B. Weiss, J. Chromatogr., 1981, 208, 414-418] und die Affinitätschromatographie [R. Olsen, J. C. Meunier, J.-P. Changeux, FEBS Lett., 1972, 28(1), 96-100].Ion channels can be isolated from biological material [W. Schiebler, F. Hucho, Eur. J. Biochem., 1978, 85, 55-63], then partially chemically modified [B. A. Cornell, V.L.B. Braach-Maksvytis, L.G. King, P.D.J. Osman, B. Raguse, L. Wieczorek, R.J. Pace, Nature, 1997, 387, 580-583] or synthetically produced [M Tamaki, M. Takimoto, I. Muramatsu, Bull. Chem. Soc. Jpn., 1988, 61, 3925-3929]. Especially when using Biological material ion channels often require them after extraction to be further enriched in the sample material. Suitable methods are u. a. the Sucrose density gradient centrifugation [J. R. Duguid, M.A. Raftery, Biochemistry, 1973, 12 (19), 3593-3597], pH11 extraction [p. Hertling-Jaweed, G. Bandini, F. Hucho in Purification of nicotinic acetylcholine receptors (Ed .: E. C. Hulme), Oxford University Press, Oxford, 1990, Chapter 7, p. 163], high performance liquid chromatography [R. E. Koeppe II, L. B. Weiss, J. Chromatogr., 1981, 208, 414-418] and affinity chromatography [R. Olsen, J.C. Meunier, J.-P. Changeux, FEBS Lett., 1972, 28 (1), 96-100].

Die biologischen, teilsynthetischen oder vollsynthetischen Ionenkanäle können schließlich in Lipidvesikel [R. Anholt, D. R. Fredkin, T. Deerinck, M. Ellisman, M. Montal, J. Lindstrom, J. Biol. Chem., 1982, 257(25), 7122-7134], in eine freistehende Lipiddoppelschicht in einem Polymerfolieloch [A. J. Williams in The measurement of the function of ion channels reconstituted into artificial membranes (Hrsg.: R. H. Ashley), Oxford University Press, Oxford New York Tokio, 1995, Kapitel 2, S. 43], in eine freistehende Lipiddoppelschicht in einer Glaspipettenspitzen [B. A. Suarez-Isla, K. Wan, J. Lindstrom, M. Montal, Biochemistry, 1983, 22(10), 2319-2323] oder in trägergestützte Lipiddoppelschichten [R. Naumann, A. Jonczyk, R. Kopp, J. von Esch, H. Ringsdorf, W. Knoll, P. Gräber, Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 1995, 34(18), 2056-2058] integriert werden.The biological, semi-synthetic or fully synthetic ion channels can finally in Lipid Vesicles [R. Anholt, D.R. Fredkin, T. Deerinck, M. Ellisman, M. Montal, J. Lindstrom, J. Biol. Chem., 1982, 257 (25), 7122-7134], into a free-standing lipid bilayer in one Polymer film hole [A. J. Williams in The measurement of the function of ion channels reconstituted into artificial membranes (Ed .: R. H. Ashley), Oxford University Press, Oxford New York Tokyo, 1995, Chapter 2, p. 43] into a free-standing lipid bilayer in one Glass pipette tips [B. A. Suarez-Isla, K. Wan, J. Lindstrom, M. Montal, Biochemistry, 1983, 22 (10), 2319-2323] or in carrier-supported lipid bilayers [R. Naumann, A. Jonczyk, R. Kopp, J. von Esch, H. Ringsdorf, W. Knoll, P. Gräber, Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 1995, 34 (18), 2056-2058].

Derzeit sind eine Vielzahl von Verfahren zur Herstellung von Lipidvesikeln [H. Ringsdorf, B. Schlarb, J. Venzmer, Angew. Chem., 1988, 100(1), 117-162] und Riesenliposomen [G. Riquelme, E. Lopez, L. M. Garcia-Segura, J. A. Ferragut, J. M. Gonzales-Ros, Biochemistry, 1990, 29, 11215-11222] bekannt. Die Herstellung von Lipiddoppelschichten erfolgt dagegen ausschließlich mit der Streichtechnik oder über das Zusammensetzen von Lipidmonoschichten [O. Alvarez in How to Set up a bilayer system (Hrsg.: C. Miller), Plenum Press, New York, London, 1986, Kapitel 5, S. 115].A large number of processes for the production of lipid vesicles [H. Ringsdorf, B. Schlarb, J. Venzmer, Angew. Chem., 1988, 100 (1), 117-162] and giant liposomes [G. Riquelme, E. Lopez, L.M. Garcia-Segura, J.A. Ferragut, J.M. Gonzales-Ros, Biochemistry, 1990, 29, 11215-11222]. By contrast, lipid bilayers are produced exclusively with the coating technique or through the assembly of lipid monolayers [O. Alvarez in How to Set up a bilayer system (Ed .: C. Miller), Plenum Press, New York, London, 1986, Chapter 5, p. 115].

Der Nachweis der Ionenströme durch geöffnete Ionenkanäle erfolgt nach dem derzeitigen Stand der Technik ausschließlich durch Ionenflußmessungen mit Radiotracern [T. M. Fong, M. G. McNamee, Biochemistry, 1986, 25(4), 830-840] oder durch elektrophysiologische Messungen [E. Neher, B. Sakmann, J. H. Steinbach, Pflügers Arch., 1978, 375(2), 219-228].The detection of the ion currents through open ion channels is based on the current one State of the art exclusively through ion flow measurements with radio tracers [T. M. Fong, M. G. McNamee, Biochemistry, 1986, 25 (4), 830-840] or by electrophysiological Measurements [E. Neher, B. Sakmann, J.H. Steinbach, Pflügers Arch., 1978, 375 (2), 219-228].

Sämtliche nach herkömmlichen Methoden hergestellten Vesikel sind für elektrophysiologische Untersuchungen unzugänglich. Ursache ist vor allem deren geringe Größe. Ein Ausweg stellt zwar die Herstellung von Riesenliposomen dar, insbesondere deren Handhabbarkeit schränkt ihre praktischen Einsatzmöglichkeiten in Biofunktionskomponenten jedoch stark ein. Ionenflußexperimente mit Radiotracern lassen sich im Unterschied zu elektrophysiologischen Messungen sehr gut an Vesikeln durchführen. Im Vergleich zu den Patch-Clamp-Messungen weisen die Ionenflußexperimente aber sowohl eine niedrigere Empfindlichkeit als auch eine deutlich schlechtere Zeitauflösung auf.All vesicles produced by conventional methods are for electrophysiological Inaccessible investigations. The main cause is their small size. A way out poses Although the production of giant liposomes, particularly limits their manageability their practical applications in biofunction components, however, strongly. Ion flux experiments with radiotracers can be distinguished from electrophysiological ones Perform measurements very well on vesicles. Compared to the patch clamp measurements However, the ion flow experiments show both a lower sensitivity and one significantly worse time resolution.

Ein Nachteil von Vesikeln, der sowohl bei den elektrophysiologischen als auch bei den Ionenflußexperimenten zu erwähnen ist, ist die schlechte Zugänglichkeit des Vesikelinneren für chemische Manipulationen.A disadvantage of vesicles, which in both the electrophysiological and in the Ion flux experiments to be mentioned is the poor accessibility of the vesicle interior for chemical manipulations.

Freistehenden Lipiddoppelschichten, die nach dem derzeitigen Stand der Technik in Polymerfolielöchern mit Durchmessern von 200 bis 2000 µm aufgebaut wurden, sind aufgrund ihrer geringen thermischen und mechanischen Stabilität für den praktischen Einsatz von Biosensoren mit Ionenkanälen kaum geeignet.Freestanding lipid bilayers, which according to the current state of the art in Polymer film holes with diameters of 200 to 2000 µm were built up due to their low thermal and mechanical stability for the practical use of Biosensors with ion channels hardly suitable.

Gleiches gilt für freistehende Lipiddoppelschichten in Glaspipettenspitzen. Bei diesen sind als weiterer Nachteile eine schlechte technische Handhabbarkeit und eine niedrige Reproduzierbarkeit zu nennen.The same applies to free-standing lipid bilayers in glass pipette tips. These are as further disadvantages are poor technical manageability and low To call reproducibility.

Trägergestütze Lipiddoppelschichten weisen zwar eine hohe thermische und mechanische Stabilität auf, sie sind nach dem derzeitigen Stand der Technik jedoch ebenfalls nicht für Biosensoren auf der Basis von Ionenkanälen geeignet, da sie für viele Ionenkanäle eine zu niedrige Fluidität besitzen und da sie kein wäßriges Milieu auf der Substratseite aufweisen. Letzteres ist für den Abtransport der durch die Ionenkanäle fließenden Ionen erforderlich. Supported lipid bilayers have a high thermal and mechanical Stability, but they are also not for the current state of the art Biosensors based on ion channels are suitable as they are one for many ion channels have low fluidity and because they have no aqueous environment on the substrate side. The latter is necessary for the removal of the ions flowing through the ion channels.

Außerdem ist es für die Funktionstüchtigkeit von Transmembranproteinen essentiell, daß deren extramembranen Bereiche von wäßrigem Medium umgeben sind.In addition, it is essential for the functioning of transmembrane proteins that their extramembrane areas are surrounded by aqueous medium.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, womit biosensorische Schichten auf der Basis von Ionenkanäle enthaltenden Membranen herstellbar sind, die zur Durchführung von Messungen in einer geeigneten Vorrichtung sich langzeitstabil verhalten und somit pharmakologische und toxikologische Untersuchungen an bzw. mit Ionenkanälen im technischen Maßstab durchführbar sind.The object of the invention is to provide a method with which biosensory layers the basis of membranes containing ion channels can be produced, which are used to carry out Measurements in a suitable device remain stable over the long term and thus pharmacological and toxicological studies on or with ion channels in the are technically feasible.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Varianten des Verfahrens ergeben sich aus den abhängigen Unteransprüchen. Die Aufgabe wird weiterhin durch eine Vorrichtung zur Durchführung von Messungen mit derartigen Schichten mit den im Anspruch 8 genannten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.This object is achieved by a method with the features mentioned in claim 1. Advantageous variants of the method result from the dependent subclaims. The task is also carried out by a device for carrying out measurements such layers solved with the features mentioned in claim 8. Beneficial Refinements are the subject of subclaims.

Die Ionenkanäle werden gestützt durch Lipiddoppelschichten in einer künstlichen Matrix gehalten. Damit wird eine gute Reproduzierbarkeit sowie eine hohe mechanische und thermische Stabilität des Biosensors auf der Basis der Ionenkanäle erreicht.The ion channels are supported by lipid bilayers in an artificial matrix held. This ensures good reproducibility and high mechanical and thermal stability of the biosensor based on the ion channels achieved.

Durch die freistehenden Lipiddoppelschichten wird einerseits eine hohe Membranfluidität und andererseits ein wäßriges Milieu auf beiden Seiten der rekonstituierten Ionenkanäle gewährleistet.The free-standing lipid bilayers ensure a high membrane fluidity and on the other hand, an aqueous environment on both sides of the reconstituted ion channels guaranteed.

Das erfindungsgemäße Verfahren bietet die Möglichkeit, mit äußerst geringem technischen Aufwand chemische Manipulationen auf beiden Seiten der Lipidmembran durchzuführen.The method according to the invention offers the possibility of being extremely technical Effort to carry out chemical manipulations on both sides of the lipid membrane.

Der hergestellte Biosensor erlaubt in Verbindung mit der Meßtechnik aus der Elektrophysiologie die Messung von Einzelkanalereignissen. Die statistische Auswertung dieser Aufnahmen liefert für die integrierten Ionenkanäle u. a. mittlere Kanalöffnungszeiten, mittlere Leitfähigkeiten und Öffnungswahrscheinlichkeiten. Aus diesen sehr charakteristischen Informationen können sowohl Rückschlüsse auf die Art und den Zustand der integrierten Ionenkanäle als auch auf die Anwesenheit von Pharmaka und Neurotoxinen in den umgebenden Flüssigkeitsreservoirs gezogen werden. Nach einer Eichung des Systems sind darüber hinaus auch Konzentrationsbestimmungen verschiedener Pharmaka und Toxine möglich. The biosensor manufactured in connection with the measurement technology from the Electrophysiology the measurement of single channel events. The statistical evaluation of these recordings provides u for the integrated ion channels. a. average channel opening times, medium conductivities and opening probabilities. For these very characteristic Information can both draw conclusions about the type and state of the integrated Ion channels as well as the presence of pharmaceuticals and neurotoxins in the surrounding liquid reservoirs. After a calibration of the system in addition, determination of the concentration of various pharmaceuticals and toxins possible.

Durch die Verwendung von Rädiotracern läßt sich mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung der Ionenfluß durch die rekonstituierten Ionenkanäle messen. Nach einer Eichung des gesamten Systems können aus der Stärke dieses Ionenflusses Rückschlüsse auf Pharmaka- und Toxinkonzentrationen in den Flüssigkeitsreservoirs gezogen werden.By using Rädiotracer can with the device according to the invention Measure ion flow through the reconstituted ion channels. After a calibration of the whole Systems can draw conclusions about pharmaceuticals and pharmaceuticals from the strength of this ion flow Toxin concentrations are drawn in the liquid reservoirs.

Nachfolgend wird die Erfindung an Hand mehrerer Ausführungsbeispiele mittels der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The invention is illustrated below using several exemplary embodiments Drawings explained in more detail. Show it:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, Fig. 1 is a schematic representation of a device according to the invention,

Fig. 2 eine Ausführung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung aus Mikroskopadapter und zwei Meßkammern, Fig. 2 shows an embodiment of an inventive device from the microscope adapter and two measuring chambers,

Fig. 3 eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme einer Membran aus Polyester, Fig. 3 is a scanning electron micrograph of a membrane made of polyester,

Fig. 4 eine schematische Darstellung des Querschnitts eines Loches innerhalb einer löchrigen Membran, die durch eine Lipiddoppelschicht mit zwei integrierten Ionenkanälen verschlossen ist, Fig. 4 is a schematic representation of the cross section of a hole within a foraminous membrane, which is closed by a lipid bilayer with two integrated ion channels,

Fig. 5 eine elektrophysiologische Messung von einem Biosensor mit integrierten Gramicidin A-Kanälen aus der Kulturflüssigkeit von Bacillus brevis, Figure 5 is an electrophysiological measurement brevis. Of a biosensor integrated with gramicidin A-channels from the culture fluid of Bacillus,

Fig. 6 eine elektrophysiologische Messung von einem Biosensor mit integrierten Gramicidin A-Kanälen von Bacillus brevis, bei der die Gramicidin A-Kanäle durch Ca²⁺-Ionen teilweise blockiert werden; und Figure 6 is an electrophysiological measurement of a biosensor integrated with gramicidin A-channels from Bacillus brevis, wherein the gramicidin A-channels by Ca ²⁺ ions are partially blocked. and

Fig. 7: eine elektrophysiologische Messung von einem Biosensor mit integrierten nikotinischen Acetylcholinrezeptoren aus dem Marmorzitterrochen Torpedo marmorata. Fig. 7: an electrophysiological measurement of a biosensor with integrated nicotinic acetylcholine receptors from the marble quake ray Torpedo marmorata.

In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung von Messungen mit einer erfindungsgemäßen biosensorischen Schicht (Biosensor) schematisch dargestellt. Die Vorrichtung besteht aus einer äußeren Meßkammer 1 aus Polytetrafluorethylen und einer inneren Meßkammer 2 aus demselben Material. In der Meßkammer 1 befindet sich ein Flüssigkeitsreservoir 3, wogegen die Meßkammer 2 mit einem Flüssigkeitsreservoir 4 gefüllt ist. In der Meßkammer 2 befindet sich eine Öffnung 5 mit einem Durchmesser von 0,6 mm. Diese Öffnung 5 wird mit einem Biosensor verschlossen, der aus einer löchrigen Membran 6 besteht, in deren Löcher 29 sich Lipiddoppelschichten 30 mit integrierten Ionenkanälen 32 befinden. Die löchrige Membran 6 ist dabei mit einem schlecht leitenden Silikonklebstoff 7 an der Meßkammer 2 befestigt. An der Unterseite der Meßkammer 1 ist ein handelsübliches Mikroskopdeckgläschen 8 mit einer Dicke von 0,2 mm befestigt. Dieses läßt die Beobachtung mit einem Mikroskop zu, dessen Strahlengang 9 angedeutet wurde. Zur Perfusion befindet sich an der äußeren Meßkammer 1 ein Einströmkanal 10 und ein Ausströmkanal 11. Zum Zweck der Injektion von Applikationslösungen 14 in das Flüssigkeitsreservoir 3 befindet sich im Einströmkanal 10 ein aus der Gas- und der Flüssigkeitschromatographie bekanntes Teflon- bzw. Gummiseptum 12. Durch dieses können mit einer Mikroliterspritze 13 die Applikationslösungen 14 injiziert werden. Über den Entlüftungsspalt 15 werden mögliche Luftbläschen 16 aus der einströmenden Lösung befreit. Die Injektion von Applikationslösungen 17 in das Flüssigkeitsreservoir 4 kann über eine Mikropipette 18 durch Anlegen eines kurzzeitigen Überdrucks 19 mittels eines handelsüblichen Mikroinjektors erfolgen. Für elektrophysiologische Messungen befindet sich im Flüssigkeitsreservoir 3 eine Silberchloridelektrode 20 und im Flüssigkeitsreservoir 4 eine Silberchloridelektrode 21. Einerseits zum Schutz der Oberfläche der Elektrode 21 vor Verunreinigungen durch Stoffe aus dem Flüssigkeitsreservoir 4 und andererseits zum Schutz der in der Lipidschicht in der löchrigen Membran 6 integrierten Ionenkanäle 32 vor einer möglichen Inhibierung durch Silberionen befindet sich im dargestellten Ausführungsbeispiel die Silberelektrode 21 in einer Mikropipette 22, die mit einer Pipettenlösung 23 gefüllt ist. Durch den kleinen Innendurchmesser der Pipettenspitze 24 von etwa einem Mikrometer wird eine Diffusionsbarriere für den Konzentrationsausgleich der im Flüssigkeitsreservoir 4 und in der Pipettenlösung 23 befindlichen Stoffe geschaffen.In Fig. 1, an apparatus according to the invention for performing measurements with an inventive biosensing layer (Biosensor) is shown schematically. The device consists of an outer measuring chamber 1 made of polytetrafluoroethylene and an inner measuring chamber 2 made of the same material. In the measuring chamber 1 there is a liquid reservoir 3, while the measuring chamber 2 with a liquid reservoir 4 is filled. In the measuring chamber 2 there is an opening 5 with a diameter of 0.6 mm. This opening 5 is closed with a biosensor, which consists of a holey membrane 6 , in the holes 29 of which lipid bilayers 30 with integrated ion channels 32 are located. The perforated membrane 6 is attached to the measuring chamber 2 with a poorly conductive silicone adhesive 7 . A commercially available microscope cover slip 8 with a thickness of 0.2 mm is attached to the underside of the measuring chamber 1 . This permits observation with a microscope, the beam path 9 of which has been indicated. An inflow channel 10 and an outflow channel 11 are located on the outer measuring chamber 1 for perfusion. For the purpose of injection of application solutions 14 in the liquid reservoir 3 is located in the inlet conduit 10 a well-known from the gas and the liquid teflon or rubber septum 12th Through this, the application solutions 14 can be injected with a microliter syringe 13 . Possible air bubbles 16 are freed from the inflowing solution via the ventilation gap 15 . Application solutions 17 can be injected into the liquid reservoir 4 via a micropipette 18 by applying a brief overpressure 19 by means of a commercially available microinjector. For electrophysiological measurements, there is a silver chloride electrode 20 in the liquid reservoir 3 and a silver chloride electrode 21 in the liquid reservoir 4 . On the one hand, to protect the surface of the electrode 21 from contamination by substances from the liquid reservoir 4 and, on the other hand, to protect the ion channels 32 integrated in the lipid layer in the perforated membrane 6 from possible inhibition by silver ions, the silver electrode 21 is located in a micropipette 22 in the exemplary embodiment shown , which is filled with a pipette solution 23 . The small inside diameter of the pipette tip 24 of approximately one micrometer creates a diffusion barrier for the concentration compensation of the substances in the liquid reservoir 4 and in the pipette solution 23 .

In der Fig. 2 ist eine Ausführung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, bestehend aus einem Mikroskopadapter 25 mit den dazugehörigen Meßkammern 1 und 2 in demontierten Zustand dargestellt. Der abgebildete Mikroskopadapter 25 dient zur Befestigung der Meßkammern 1 und 2 an einem Mikroskoptisch eines inversen Mikroskops. Alle drei dargestellten Teile sind aus Polytetrafluorethylen hergestellt. Die Meßkammer 1 enthält zwei zylindrische Bohrungen 26, durch welche Kühlflüssigkeit zur Thermostatierung der Vorrichtung geleitet werden kann. Ferner ist in der abgebildeten Meßkammer 1 eine Halterung 27 für eine Silberchloridelektrode zu erkennen. In der Meßkammer 2 ist eine Nut 28 für einen laminaren Fluß der Lösung von Flüssigkeitsreservoir 3 eingearbeitet.In FIG. 2 is an embodiment of a device according to the invention, shown consisting of a microscope adapter 25 with the associated measurement chambers 1 and 2 in the disassembled state. The microscope adapter 25 shown is used to attach the measuring chambers 1 and 2 to a microscope stage of an inverted microscope. All three parts shown are made of polytetrafluoroethylene. The measuring chamber 1 contains two cylindrical bores 26 through which coolant can be passed for thermostatting the device. Furthermore, a holder 27 for a silver chloride electrode can be seen in the measuring chamber 1 shown. In the measuring chamber 2 , a groove 28 is incorporated for a laminar flow of the solution from the liquid reservoir 3 .

Fig. 3 zeigt eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme einer löchrigen Membran 6 aus Polyethylenterephthalat, in die durch Ionenbeschuß mit anschließender Ätzung annähernd kreisrunde Löcher 29 mit einem mittleren Durchmesser von 400 nm eingebracht wurden. Die Membrandicke der abgebildeten Polyesterfolie beträgt 10 µm und die Porosität 10%. Fig. 3 shows a scanning electron micrograph of a foraminous membrane 6 made from polyethylene terephthalate, were introduced into the approximately circular nm by ion bombardment and subsequent etching holes 29 having an average diameter of 400. The membrane thickness of the polyester film shown is 10 µm and the porosity is 10%.

In Fig. 4 ist eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein kreisrundes Loch 29 entsprechend Fig. 3 abgebildet. Die Begrenzung ist massives Material der Polymermembran 6. Ein Loch 29 dieser Polymermembran 6 wird durch eine Lipiddoppelschicht 30 verschlossen, die in horizontaler Richtung über die Lipidreservoire 31 mit der Polymermembran 6 verbunden ist. In vertikaler Richtung grenzt die Lipiddoppelschicht 30 einerseits an das Flüssigkeitsreservoir 3 und andererseits an das Flüssigkeitsreservoir 4. In der Lipiddoppelschicht 30 sind in der schematischen Darstellung zwei Ionenkanäle 32 integriert. FIG. 4 shows a schematic illustration of a cross section through a circular hole 29 corresponding to FIG. 3. The boundary is solid material of the polymer membrane 6 . A hole 29 of this polymer membrane 6 is closed by a lipid bilayer 30 , which is connected to the polymer membrane 6 in the horizontal direction via the lipid reservoirs 31 . In the vertical direction, the lipid bilayer 30 borders on the one hand on the liquid reservoir 3 and on the other hand on the liquid reservoir 4 . In the schematic representation, two ion channels 32 are integrated in the lipid double layer 30 .

Die elektrophysiologische Messung in Fig. 5 wurde mit einem erfindungsgemäßen Biosensor mit integrierten Gramicidin A-Kanälen bei einer Kommandospannung von -150 mV und einer Temperatur von 21°C erhalten. Für den Aufbau der Lipiddoppelschicht wurde eine 3% (w/v)-igen-Dekanlösung von einem natürlichen Sojabohnenextrakt und Cholesterin, welche im Molverhältnis 60 : 40 zueinander standen, verwendet. In den Flüssigkeitsreservoiren befanden sich jeweils 1 M CsCl-Lösungen. Als löchrige Membran 6 wurde eine 10 µm dicke Polyethylenterephthalatfolie eingesetzt, die Löcher mit einem mittleren Durchmesser von 10 µm und eine Porosität von 15% besaß. Aus der elektrophysiologischen Einzelkanalaufnahme dieses Ausführungsbeispiels kann man entnehmen, daß bei einer Stromstärke von ca. 3 pA kein Ionenkanal, bei einer Stromstärke von ca. 11 pA jeweils genau ein integrierter Gramicidin A-Kanal, bei einer Stromstärke von ca. 19 pA jeweils genau zwei integrierte Gramicidin A-Kanäle und bei einer Stromstärke von ca. 27 pA jeweils genau drei integrierte Gramicidin A-Kanäle gleichzeitig geöffnet sind.The electrophysiological measurement in FIG. 5 was obtained with a biosensor according to the invention with integrated gramicidin A channels at a command voltage of -150 mV and a temperature of 21 ° C. A 3% (w / v) decane solution of a natural soybean extract and cholesterol, which were in a molar ratio of 60:40, was used to build up the lipid bilayer. There were 1 M CsCl solutions in each of the liquid reservoirs. A 10 μm thick polyethylene terephthalate film was used as the perforated membrane 6 , which had holes with an average diameter of 10 μm and a porosity of 15%. From the electrophysiological single-channel recording of this exemplary embodiment, it can be seen that at a current of approx. 3 pA there is no ion channel, at a current of approx. 11 pA exactly one integrated gramicidin A channel, at a current of approx. 19 pA exactly two integrated gramicidin A channels and at a current of approx. 27 pA exactly three integrated gramicidin A channels are open at the same time.

In Fig. 6 ist das Ergebnis einer elektrophysiologische Messung dargestellt, bei deren Aufnahme sich in beiden Flüssigkeitsreservoiren CsCl und CaCl₂ in der Konzentration von jeweils 1 mol l^-1 befanden. Ansonsten galten die gleichen Bedingungen wie bei der elektrophysiologischen Aufnahme in Fig. 5. Zu erkennen ist, wie die Gramicidin A-Kanäle durch die zweiwertigen Ca²⁺-Ionen blockiert werden. Im Unterschied zu der Aufnahme in Fig. 5 sind bei der Messung in Fig. 6 deutlich kürzere mittlere Kanalöffnungszeiten und kleinere mittlere Stromamplituden der integrierten Ionenkanäle zu beobachten. FIG. 6 shows the result of an electrophysiological measurement, the absorption of which contained CsCl and CaCl ₂ in the concentration of 1 mol l ^-1 in both liquid reservoirs. Otherwise the same conditions applied as for the electrophysiological recording in FIG. 5. It can be seen how the gramicidin A channels are blocked by the divalent Ca ²⁺ ions. In contrast to the recording in FIG. 5, significantly shorter mean channel opening times and smaller average current amplitudes of the integrated ion channels can be observed in the measurement in FIG. 6.

Das Ausführungsbeispiel in Fig. 7 zeigt schließlich das Ergebnis einer elektrophysiologische Messung, die mit einem erfindungsgemäß hergestellten Biosensor mit nikotinischen Acetylcholinrezeptoren, einem ligandengesteuerten Ionenkanal mit Acetylcholin als Agonisten, aufgenommen wurde. Die Kommandospannung betrug +200 mV und die Arbeitstemperatur lag bei 21°C. Für den Aufbau der Lipiddoppelschicht wurde eine 3% (w/v)-ige Squalenlösung von einem natürlichen Sojabohnenextrakt und Cholesterin, welche im Molverhältnis 60 : 40 zueinander standen, verwendet. Im Flüssigkeitsreservoir 3 befand sich eine Pufferlösung mit 1,3.10^-1 mol l^-1 CsCl, 2.10^-3 mol l^-1 CaCl₂, 10^-2 mol l^-1 Ethylenbis(oxyethylennitrilo)- tetraessigsäure und 10^-2 mol l^-1 [4-(2-Hydroxyethyl)-piperazino]-ethansulfonsäure, die mit 1 M CsOH-Lösung auf pH = 7,3 eingestellt war. Im Flüssigkeitsreservoir 4 war eine Pufferlösung mit 10^-6 mol l^-1 Acetylcholin, 1,24.10^-1 mol l^-1 NaCl, 2.10^-3 mol l^-1 CaCl₂, 2.10^-3 mol l^-1 MgCl₂, 3,25.10^-3 mol l^-1 D-Glukose und 10^-2 mol l^-1 [4-(2-Hydroxyethyl)-piperazino]-ethansulfonsäure, die mit 1 M NaOH-Lösung auf pH = 7,4 eingestellt war. Als löcherige Membran 6 wurde eine 10 µm dicke Polyethylenterephthalatfolie eingesetzt, die Löcher mit einem mittleren Durchmesser von 10 µm und eine Porosität von 15% besaß. Bei einer Stromstärke von ca. 3,5 pA waren alle Ionenkanäle geschlossen, wogegen bei einer Stromstärke von ca. 9 pA jeweils genau ein Ionenkanal geöffnet war. The embodiment in FIG. 7 finally shows the result of an electrophysiological measurement, which was recorded with a biosensor according to the invention with nicotinic acetylcholine receptors, a ligand-controlled ion channel with acetylcholine as agonists. The command voltage was +200 mV and the working temperature was 21 ° C. A 3% (w / v) squalene solution of a natural soybean extract and cholesterol, which were in a molar ratio of 60:40, was used to build up the lipid bilayer. In the liquid reservoir 3 there was a buffer solution with 1.3.10 ^-1 mol l ^-1 CsCl, 2.10 ^-3 mol l ^-1 CaCl ₂ , 10 ^-2 mol l ^-1 ethylenebis (oxyethylenenitrilo) tetraacetic acid and 10 ^-2 mol l ^-1 [4- (2-Hydroxyethyl) piperazino] ethanesulfonic acid, which was adjusted to pH = 7.3 with 1 M CsOH solution. In the liquid reservoir 4 was a buffer solution with 10 ^-6 mol l ^-1 acetylcholine, 1.24.10 ^-1 mol l ^-1 NaCl, 2.10 ^-3 mol l ^-1 CaCl ₂ , 2.10 ^-3 mol l ^-1 MgCl ₂ , 3.25.10 ^-3 mol l ^-1 D-glucose and 10 ^-2 mol l ^-1 [4- (2-hydroxyethyl) piperazino] ethanesulfonic acid, which was adjusted to pH = 7.4 with 1 M NaOH solution. A 10 μm thick polyethylene terephthalate film was used as the perforated membrane 6 , which had holes with an average diameter of 10 μm and a porosity of 15%. At a current of approx. 3.5 pA, all ion channels were closed, whereas at a current of approx. 9 pA, exactly one ion channel was open.

BezugszeichenlisteReference list

11

Meßkammer
Measuring chamber

22nd

Meßkammer
Measuring chamber

33rd

Flüssigkeitsreservoir
Liquid reservoir

44th

Flüssigkeitsreservoir
Liquid reservoir

55

Öffnung
opening

66

Membran
membrane

77

Silikonklebstoff
Silicone adhesive

88th

Mikroskopdeckgläschen
Microscope coverslips

99

Strahlengang
Beam path

1010th

Einströmkanal
Inflow channel

1111

Ausströmkanal
Outflow channel

1212th

Septum
Septum

1313

Mikroliterspritze
Microliter syringe

1414

Applikationslösung
Application solution

1515

Entlüftungsspalt
Venting gap

1616

Luftbläschen
Air bubbles

1717th

Applikationslösung
Application solution

1818th

Mikropipette
Micropipette

1919th

Überdruck
Overpressure

2020th

Silberchloridelektrode
Silver chloride electrode

2121

Silberchloridelektrode
Silver chloride electrode

2222

Mikropipette
Micropipette

2323

Pipettenlösung
Pipette solution

2424th

Pipettenspitze
Pipette tip

2525th

Mikroskopadapter
Microscope adapter

2626

Bohrung
drilling

2727

Halterung
bracket

2828

Nut
Groove

2929

Loch
hole

3030th

Lipiddoppelschicht
Lipid bilayer

3131

Lipidreservoire
Lipid reservoirs

3232

Ionenkanal
Ion channel

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer biosensorischen Schicht, bestehend aus einer löchrigen Membran (6), in deren Löcher (29) sich freistehende Lipiddoppelschichten (30) mit integrierten Ionenkanälen (32) befinden, und die Membran (6) zur Ausbildung von zwei Flüssigkeitsreservoirs (3; 4) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß in eine 2 bis 30 µm dünne Membran (6) aus Polyester durch Beschuß mit Ionen und anschließender Ätzung Löcher (29) eingebracht werden, die einen mittleren Durchmesser von 400 nm bis 40 µm aufweisen, die so hergestellten Löcher (29) in der Membran (6) mit einer eine Lipiddoppelschicht (30) ausbildenden Flüssigkeit unter Normaldruck gefüllt werden, anschließend in die sich ausbildende freistehende Lipiddoppelschichten (30) Ionenkanäle (32) eingebracht werden, wobei die Zusammensetzung der freistehenden Lipiddoppelschichten (30) so gewählt ist, daß die Fähigkeit der integrierten Ionenkanäle (32) zu Kanalöffnungen bei der jeweiligen Arbeitstemperatur zumindest eingeschränkt erhalten bleibt.1. A method for producing a biosensory layer consisting of a holey membrane ( 6 ), in the holes ( 29 ) of which there are free-standing lipid bilayers ( 30 ) with integrated ion channels ( 32 ), and the membrane ( 6 ) for forming two liquid reservoirs ( 3 ; 4 ) is provided, characterized in that holes ( 29 ) which have an average diameter of 400 nm to 40 µm are introduced into a 2 to 30 µm thin membrane ( 6 ) made of polyester by bombardment with ions and subsequent etching. the holes ( 29 ) thus produced in the membrane ( 6 ) are filled with a liquid which forms a lipid bilayer ( 30 ) under normal pressure, then ion channels ( 32 ) are introduced into the free-standing lipid bilayers ( 30 ) which form, the composition of the free-standing lipid bilayers ( 30 ) is chosen so that the ability of the integrated ion channels ( 32 ) to channel openings n is retained at least to a limited extent at the respective working temperature.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Membran (6) 5 bis 15 µm beträgt und die Löcher (29) einen mittleren Durchmesser von 2 µm bis 10 µm aufweisen.2. The method according to claim 1, characterized in that the thickness of the membrane ( 6 ) is 5 to 15 microns and the holes ( 29 ) have an average diameter of 2 microns to 10 microns.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die freistehenden Lipiddoppelschichten (30) durch eine Streichtechnik oder mit der Langmuir-Blodgett-Technik hergestellt werden.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the free-standing lipid bilayers ( 30 ) are produced by a coating technique or with the Langmuir-Blodgett technique.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lipiddoppelschichten (30) mit einem organischen Lösungsmittel hergestellt werden, die integrierten Ionenkanäle (32) lösungsmittelempfindlich sind und die Temperatur der Flüssigkeitsreservoire (3; 4) zyklisch um den Schmelzpunkt des Lösungsmittels schwankt, so daß einerseits die Membranfluidität für die Funktionstüchtigkeit der integrierten Ionenkanäle (32) noch ausreichend hoch ist, andererseits aber so viel Lösungsmittel ausgefroren ist, daß die Ionenkanäle (32) durch das organische Lösungsmittel in der Lipiddoppelschicht (30) nicht inhibiert werden.4. The method according to claim 1 to 3, characterized in that the lipid bilayers ( 30 ) are produced with an organic solvent, the integrated ion channels ( 32 ) are sensitive to solvents and the temperature of the liquid reservoirs ( 3 ; 4 ) fluctuates cyclically around the melting point of the solvent , so that on the one hand the membrane fluidity for the functionality of the integrated ion channels ( 32 ) is still sufficiently high, but on the other hand so much solvent is frozen out that the ion channels ( 32 ) are not inhibited by the organic solvent in the lipid bilayer ( 30 ).

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lipiddoppelschichten (30) mit dem organischen Lösungsmittel Squalen hergestellt werden und es sich bei den integrierten Ionenkanälen (32) um den nikotinischen Acetylcholinrezeptor handelt, dessen Fähigkeit zu Kanalöffnungen durch die Anwesenheit von Squalen in der Lipidschicht nicht blockiert wird.5. The method according to claim 1 to 4, characterized in that the lipid bilayers ( 30 ) are produced with the organic solvent squalene and it is in the integrated ion channels ( 32 ) is the nicotinic acetylcholine receptor, the ability to channel openings by the presence of squalene is not blocked in the lipid layer.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die biosensorische Schicht für die Messung von Strömen zwischen zwei Elektroden (20; 21), die sich in jeweils einem der beiden Flüssigkeitsreservoirs (3; 4) befinden, verwendet wird.6. The method according to claim 1 to 5, characterized in that the biosensory layer for the measurement of currents between two electrodes ( 20 ; 21 ), which are each in one of the two liquid reservoirs ( 3 ; 4 ), is used.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die biosensorische Schicht für den Fluß von Radiotracern von einem Flüssigkeitsreservoir (3; 4) in das andere verwendet wird.7. The method according to claim 1 to 6, characterized in that the biosensory layer for the flow of radio tracers from one liquid reservoir ( 3 ; 4 ) is used in the other.

8. Vorrichtung zur Messung mit biosensorischen Schichten, wobei die biosensorische Schicht aus einer löchrigen Membran (6) besteht, in deren Löcher (29) sich freistehende Lipiddoppelschichten (30) mit integrierten Ionenkanälen (32) befinden und beidseitig der biosensorischen Schicht Flüssigkeitsreservoirs (3; 4) für elektrophysiologische Messungen oder Ionenflußmessungen mit Radiotracern vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß für jedes Flüssigkeitsreservoir (3; 4) eine mit einer wäßrigen Lösungen füllbare Meßkammern (1; 2) vorgesehen ist, das Material dieser Meßkammern (1, 2) jeweils ein elektrischer Isolator ist, die beiden Meßkammern (1, 2) mittels eine Öffnung (5) mit einem Durchmesser von 0,2 bis 2 mm miteinander verbunden sind, wobei über der Öffnung (5) eine biosensorische Schicht mit einer löchrigen Membran (6), in deren Löcher (29) sich freistehende Lipiddoppelschichten (30) mit integrierten Ionenkanälen (32) befinden, positionierbar ist, so daß die Ionenkanäle (32) eine Verbindung zwischen den beiden Flüssigkeitsreservoirs (3; 4) darstellen.8. Device for measuring with biosensory layers, the biosensory layer consisting of a holey membrane ( 6 ), in the holes ( 29 ) of which there are free-standing lipid bilayers ( 30 ) with integrated ion channels ( 32 ) and liquid reservoirs ( 3 ; 4 ) are provided for electrophysiological measurements or ion flow measurements with radio tracers, characterized in that for each liquid reservoir ( 3 ; 4 ) a measuring chamber ( 1 ; 2 ) which can be filled with aqueous solutions is provided, the material of these measuring chambers ( 1 , 2 ) in each case is an electrical insulator, the two measuring chambers ( 1 , 2 ) are connected to each other by means of an opening ( 5 ) with a diameter of 0.2 to 2 mm, a biosensor layer with a perforated membrane ( 6 ) over the opening ( 5 ), in the holes ( 29 ) there are free-standing lipid bilayers ( 30 ) with integrated ion channels ( 32 ) can be positioned so that the ion channels ( 32 ) connect the two liquid reservoirs ( 3 ; 4 ) represent.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der beiden Meßkammern (1; 2) mit einem Ein- und einem Ausströmkanal (10; 11) versehen ist.9. The device according to claim 8, characterized in that at least one of the two measuring chambers ( 1 ; 2 ) is provided with an inlet and an outlet channel ( 10 ; 11 ).

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar nach dem Einströmkanal (10) ein Entlüftungsspalt (15) zur Abtrennung mit der einströmenden Lösung mitgeführter Luftbläschen (16) vorgesehen ist.10. The device according to claim 8 or 9, characterized in that immediately after the inflow channel ( 10 ), a ventilation gap ( 15 ) for separation with the inflowing solution entrained air bubbles ( 16 ) is provided.

11. Vorrichtung nach Anspruch 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Meßkammern (1; 2) in die andere eingesetzt ist und sich im Boden der eingesetzten Meßkammer (1; 2) eine Nut (28) befindet, so daß die zugeführte Lösung laminar an der biosensorischen Schicht vorbeiströmt.11. The device according to claim 8 to 10, characterized in that one of the measuring chambers ( 1 ; 2 ) is inserted in the other and in the bottom of the measuring chamber used ( 1 ; 2 ) is a groove ( 28 ) so that the solution supplied flows laminar past the biosensory layer.

12. Vorrichtung nach Anspruch 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß im Einströmkanal (10) ein Bauteil (12) zur Injektion von Applikationslösungen (14) vorgesehen ist. 12. The apparatus of claim 8 to 11, characterized in that a component ( 12 ) for the injection of application solutions ( 14 ) is provided in the inflow channel ( 10 ).

13. Vorrichtung nach Anspruch 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß in einer oder beiden Meßkammern (1; 2) eine Vorrichtung (27) zum Halten einer Elektrode (20; 21) vorgesehen ist.13. The apparatus of claim 8 to 12, characterized in that a device ( 27 ) for holding an electrode ( 20 ; 21 ) is provided in one or both measuring chambers ( 1 ; 2 ).

14. Vorrichtung nach Anspruch 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß in einer der Meßkammern (1; 2) eine Pipette (18) zur Injektion von Applikationslösungen (17) vorgesehen ist.14. The apparatus according to claim 8 to 13, characterized in that a pipette ( 18 ) for the injection of application solutions ( 17 ) is provided in one of the measuring chambers ( 1 ; 2 ).

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Pipette (18) für Mikroinjektionen mit einem Mikroinjektor verbunden ist.15. The apparatus according to claim 14, characterized in that the pipette ( 18 ) for microinjections is connected to a microinjector.

16. Vorrichtung nach Anspruch 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die biosensorische Schicht über der Öffnung (5) mit einem elektrisch schlecht leitenden Kleber (7) befestigt ist.16. The apparatus according to claim 8 to 15, characterized in that the biosensory layer over the opening ( 5 ) with an electrically poorly conductive adhesive ( 7 ) is attached.

17. Vorrichtung nach Anspruch 8 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß sich in den wäßrigen Lösungen der beiden Meßkammern (1, 2) jeweils eine Elektrode (20; 21) befindet, die an einen handelsüblichen Patch-Clamp-Verstärker angeschlossen ist.17. The apparatus according to claim 8 to 16, characterized in that in the aqueous solutions of the two measuring chambers ( 1 , 2 ) each have an electrode ( 20 ; 21 ) which is connected to a commercially available patch clamp amplifier.

18. Vorrichtung nach Anspruch 8 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß sich mindestens eine Elektrode (20; 21) zum Schutz der Elektrodenoberfläche vor Verunreinigungen und zum Schutz der Ionenkanäle (32) der biosensorischen Schicht vor Metallionen des Elektrodenmaterials in einer handelsüblichen Mikropipette (22) befindet, die mit einer geeigneten Lösung (23) gefüllt ist.18. The apparatus according to claim 8 to 17, characterized in that at least one electrode ( 20 ; 21 ) to protect the electrode surface from contamination and to protect the ion channels ( 32 ) of the biosensor layer from metal ions of the electrode material in a commercially available micropipette ( 22 ) is located, which is filled with a suitable solution ( 23 ).

19. Vorrichtung nach Anspruch 8 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder beide Meßkammern (1; 2) mit Bauteilen zur Thermostatierung der Lösungen, die sich in den Meßkammern (1, 2) befinden, versehen ist.19. The apparatus according to claim 8 to 18, characterized in that one or both measuring chambers ( 1 ; 2 ) is provided with components for thermostatting the solutions which are in the measuring chambers ( 1 , 2 ).

20. Vorrichtung nach Anspruch 8 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß beide Meßkammern (1, 2) direkt oder über einen Mikroskopadapter (25) an einem Mikroskoptisch befestigt sind.20. The apparatus according to claim 8 to 19, characterized in that both measuring chambers ( 1 , 2 ) are attached directly or via a microscope adapter ( 25 ) to a microscope stage.

21. Vorrichtung nach Anspruch 8 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Meßkammern (1; 2) mit einem Mikroskopdeckgläschen (8) versehen ist, so daß die biosensorische Schicht und deren unmittelbare Umgebung über ein Mikroskop beobachtet werden können.21. The apparatus according to claim 8 to 20, characterized in that at least one of the measuring chambers ( 1 ; 2 ) is provided with a microscope cover slip ( 8 ) so that the biosensor layer and its immediate surroundings can be observed using a microscope.