WO2000037920A1 - Verfahren und vorrichtung zur elektro-optischen einzelpartikelspektroskopie - Google Patents

Abstract

Zur dielektrischen Spektroskopie an mindestens einem suspendierten Teilchen (11) in einem Mikrosystem wird das Teilchen (11) in einer Elektrodenanordnung (16) hochfrequenten elektrischen rotierenden Feldern ausgesetzt und im Fokus (14) einer optischen Falle gehalten.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur elektro-optischen Emzelparti- kelSpektroskopie

Die Erfindung betrifft Verfahren zur dielektrischen Emzelparti- kelspektroskopie m Mikrosystemen und Vorrichtungen zu deren Implementierung.

Zur Vermessung der passiven elektrischen Eigenschaften von in Flüssigkeiten suspendierten Teilchen oder Mikroobj ekten (wie Latexpartikeln, lebende Zellen etc.) werden seit langem über elektrische Rotationsfelder induzierte Drehbewegungen genutzt [Übersicht m ZIMMERMANN, U. et al . , Electromampulation of Cells, CRC Press Inc., 1996]. Es kann sich dabei um eine Rotationsbewegung m oder entgegengesetzt zur Felddrehrichtung handeln. Aus der Drehgeschwindigkeit des Objektes als Funktion der Winkelgeschwindigkeit des Feldes (sogenannte Rotationsspektren) kann auf passive elektrische Eigenschaften geschlossen werden. In der Regel liegen die Rotationsgeschwindigkeiten der Objekte im Bereicn von 100 Umdrehungen pro Sekunde bis zu 1 Umdrehung pro Minute, typischerweise langsamer als 1 Umdrehung pro Sekunde.

Insbesondere für biologisch-medizinische Fragestellungen hat sich dieses Verfahren als der Impedanzmessung vergleichbar und hoch- auflosend erwiesen. Die Rotation des Objektes verhalt sich dabei proportional zum Imagmarteil des Clausius-Mosotti-Faktors, [vgl. auch JONES, T.B., Electromechanics of Particles, Cambridge Uni- versity Press, Cambridge, 1995] .

Nachteilig ist jedoch, daß zusätzlich zu dem induzierten Drehmoment immer eine zu den Elektroden hin oder von diesen weg gerichtete Kraft, die sogenannte Dielektrophorese, auftritt. Dadurch - WO βσ/37920 PCT/EP99/10278

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dejustiert sich das Partikel bzw. verkürzt sich die Meßzeit unkontrolliert. Beides steht einer automatischen Messung entgegen.

Versuche, die Rotationsmessung automatisch zu erfassen, sind mehrfach beschrieben worden [DE 33 25 843; DD WP 281223 (1986)]. Dabei handelt es sich um die alternierende Applikation zweier Anregungsfelder unterschiedlicher Drehrichtung, bei denen die Anschaltzelten elektronisch verändert werden können. Diese werden so lange variiert, bis der Stillstand des Objektes eintritt. Der Stillstand des Objektes wurde bislang jedoch ebenfalls ausschließlich über visuelle Beobachtung bestimmt.

Desweiteren ist bekannt, die Bewegung komplex strukturierter Objekte über Bildverarbeitungssysteme zu erfassen. Dazu wird das mikroskopisch erzeugte Bild zu verschiedenen Zeitpunkten elektronisch aufgenommen und gespeichert und dann versucht, über eine entsprechende Raumtransformation einer Vielzahl von Bildpunkten die erfolgte Bewegung zu rekonstruieren. Diese Verfahren haben den Nachteil einer hohen Informationsverarbeitungsdichte und damit langwieriger und aufwendiger Rechnerverarbeitung. Besonders große Schwierigkeiten treten bei Veränderungen der Objektstruktur wahrend der Messung auf, z.B. bei Verlagerung m der Fokusebene, und bei schwach kontrastierten Objekten.

Automatisch kann die Zellbewegung auch über Verfahren der dynamischen Lichtstreuung ermittelt werden [GIMSA, J., PRUGER, B., EPPMANN, P. and DONATH,E., Electrorotation of particles measured by dynamic light scattenng - a new dielectπc spectroscopy technique, m "Colloids and Surfaces A", Bd. 98, 243-249, 1995] . Dieses Verfahren kann allerdings nicht an einzelnen Objekten eingesetzt werden, sondern liefert Mittelwerte über alle Partikel, die sich im Laserstrahl befinden. In der Regel sind dies einige Hundert oder mehr. Die exakte Positionierung an einem Punkt im elektrischen Ro- tationsfeld wurde durch die Verwendung 3-dιmensιonaler Elektrodenanordnungen, sogenannter Feldkafige, und die alternierende Applikation eines Zentrierfeldes und eines Rotationsfeldes gelost. Es zeigt sich allerdings, daß dadurch die Rotation der Objekte auf 1/10 bis 1/40 verlangsamt wird, was eine Auswertung erschwert und die Meßzeiten verlängert (DE 196 53 659 Cl, sowie Schnelle, Th. ,Glasser,H., Fuhr,G., An opto-electronic technique for auto atic detection of electrorotational spectra of Single cells, m "Cellular Engineering" Bd. 2, 33-41, 1997) .

Es sind ferner optische Feldfallen, auch "optical tweezers", "Laser-Pinzetten" oder "optical traps" genannt, bekannt, die seit etwa zwei Jahrzehnten auf den Gebieten der Biotechnologie, Medizin und Molekularbiologie sowie auf anderen technischen Gebieten zur Positionierung und Manipulation mikrometergroßer und sub- mikrometergroßer Partikel eingesetzt [G. Weber et al . in "Int. Rev. Cytol." Bd. 131, 1992, S. 1; S.M. Block m "Nonmvasive Techniques m Cell Biology", Wiley-Liss., New York 1990, S. 375] werden. Die Entwicklung der Laser-Pinzette geht vor allem auf A. Ashkm zur ck [A. Ashkm m "Phys. Rev. Lett.", Bd. 24, 1970, S. 156]. Das Prinzip des Partikeleinfangs durch optisch induzierte Kräfte beruht darauf, daß neben dem Lichtdruck, der stets ein Teilchen von der Lichtquelle wegdruckt, Gradientenkraf- te auftreten, die dazu fuhren, daß ein Teilchen m einen Fokus gelangt bzw. stabil m diesem gehalten oder mit diesem bewegt wird. Voraussetzung ist, daß die Absorption und Reflexion des Teilchens gering ist, wahrend der Unterschied im Brechungsindex zur Umgebungslosung möglichst groß sein sollte.

Laser-Pinzetten haben m den letzten Jahren vor allem deshalb eine größere Verbreitung erlangt, weil bei gleicher, stets starker Fokussierung des Lichtstrahls sowohl Teilchen, die großer als die Wellenlange (sogenannte Mie-Teilchen) , als auch Teilchen, die kleiner als die Wellenlange sind (sogenannte Rayleigh-Teilchen) , gefangen werden können. Das sind vor allem biologische Ob_jekte wie Zellen, Organellen und andere Zellbestandteile und auch große Moleküle (wie DNA) und künstliche M kropartikel [S.M. Block et al. in "Nature", 1990, S. 348; J. M. Colon et al. in "Fertility and Steπlity", Bd. 57, 1992, S. 695 ff.].

Von G. Fuhr et al . wird m "Topics m Current Chemistry", Bd. 194, Springer-Verlag Berlin, 1998, S. 83 ff., ein Mikroelek- trodensystem beschrieben, bei dem auf suspendierte Partikel elektrische, optische oder hydrodynamische Kräfte wirken. Es wird die Realisierung von Hybridprozessen beschrieben, bei denen Partikel abwechselnd erst mit elektrischen oder mit optischen Kräften manipuliert werden. Dieser Einsatz elektrischer oder optischer Kr fte ist dabei auf die Erfüllung bestimmter Ziele bei der Partikelhandhabung gerichtet. Mit den elektrischen Kräften erfolgen insbesondere elektrische Messungen an den Partikeln, wie sie oben erwähnt werden. Die optischen Kräfte hingegen dienen der Manipulierung der Partikel vor oder nach der elektrischen Messung. Die optischen Kräfte werden beispielsweise m Abhängigkeit vom Ergebnis der elektrischen Messung ausgeübt (Sortieren) . Die simultane Wirkung elektrischer und optischer Kräfte ist nicht vorgesehen.

Das Zusammenwirken elektrostatischer und optischer Kräfte bei der Erfassung schrittweiser Verstellungen von biologischen Zellen m Mikrosystemen wird von M. Nishioka et al . m "IEEE Transactions on Industry Application", Bd. 33, 1997, S. 127 ff., beschrieben. Unter der Wirkung des Strahlungsdrucks eines Lasers werden die zu untersuchenden Zellen gegen ein Deckglas über einer Elektrodenanordnung gedruckt, mit der umschaltbare elektrostatische Felder erzeugt werden. Die Zellen werden m Bezug auf ihre Orientierung m den elektrischen Feldern untersucht. Die Manipulation der Zellen bleibt bei dieser sogenannten optoelektrostatischen Technik auf geringe Verstellraten beschrankt. Es wurde festgestellt, daß bei Verstellgeschwmdigkeiten mit typischen Zeiten von 0,5 s die Zellbewegung nicht mehr den gewünschten Manipulierungsschritten folgt. Ein weiterer Nachteil der von M. Nishioka et al . beschriebenen Technik besteht m deren Beschrankung auf nicht-sphaπsche Partikel oder Partikel mit einer inhomogenen Struktur. Die obengenannte Messung passiver elektrischer Eigenschaften durch Aufnahme von Rotationsspektren ist mit der optoelektrostatischen Technik nicht möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, neue Verfahren zur dielektrischen Emzelpartikelspektroskopie m Mikrosystemen und Vorrichtungen zu deren Implementierung anzugeben, mit denen die o. a. Probleme gelost werden können und insbesondere die Teilchen m einem Rotationsfeld unabhängig davon, ob anziehende oder abstoßende dielektrophoretische Kräfte auftreten, freischwebend m einer Losung an einem beliebigen Punkt mit einer Genauigkeit unterhalb des Partikelradiuses im Rotationsfeld zu haltern, ohne daß die Rotationsgeschwindigkeit vermindert wird.

Diese Aufgabe wird durch die Kombination eines optischen Fangstrahl („optische Pinzette") und einem oder menreren rotierenden elektrischen Feldern variabler Winkelgeschwindigkeit mit den Merkmalen der Ansprüche 1 bzw. 6 gelost. Vorteilhafte Ausfuhrungsformen und Anwendungen der Erfindung ergeben sich aus den abh ngigen Ansprüchen.

Wichtige Gesichtspunkte der Erfindung bestehen insbesondere darin, daß ein suspendiertes Teilchen (Partikel), das künstlich oder auch biologischer Natur sein kann, m einem stark fokussierten Laserstrahl gefangen wird, wie es von optischen Pinzetten bekannt ist. Der Fangpunkt des Lasers mit dem darin befindlichen Teilchen wird nun zwischen Mikroelektroden, die m der Regel planar auf ein glattes Substrat aufgebracht sind, gefuhrt, bis sich das Teilchen im Bereich des sich m der Losung ausbreitenden elektrischen Feldes befindet, sofern die Elektroden mit hochfrequenten, m geeigneter Weise phasenverschobenen Wechselspannungssignalen beaufschlagt werden. Das Teilchen befindet sich im Zustand freier Suspension. Es wird durch das Zusammenwirken elektrischer und optischer Kräfte gehalten.

Zweckmaßigerweise positioniert man den Laserfokus auf einer Linie die senkrecht auf dem Punkt steht, der das Feldminiumum zwischen den Elektroden bezeichnet. Selbst wenn Kräfte durch das elektrische Rotationsfeld entwickelt werden, die das Teilchen an die Elektroden ziehen wollen, wirken diese an diesem Ort m alle Elektrodenrichtungen ziemlich gleichmäßig, so daß es erfmdungs- gemaß nur sehr geringer Kräfte bedarf, das Teilchen trotz der feldinduzierten Anziehungskräfte stabil im Laserfokus zu halten. Andererseits muß die Intensität des Lasers so hoch gewählt werden, daß das Teilchen angehoben wird. Sollte das Teilchen über die elektrisch induzierten Polarisationskrafte von den Elektroden abgestoßen werden, so sind die Kräfte des optischen Feldes noch geringer wahlbar, da sich das Teilchen selbst auf der bezeichneten Symmetrielinie zentriert. Hier wird es jedoch angehoben und aus dem Elektrodenbereich gedrangt. Diese Kraft muß wiederum über die Wahl der Intensität des Laserstrahl kompensiert werden. Dieses auf optisch induziertem Wege sehr stabil m freier Losung gefangene Teilchen erfahrt durch das elektrische Drehfeld ein Drehmoment und kann frequenzabhangig m der an sich bekannten Art m langsame Drehung versetzt werden.

Es handelt sich somit um ein Verfahren und eine elektro-optischen Vorrichtung zur automatischen Rotationsmessung an einzelnen Mi- kropartikeln, insbesondere zur Messung der Rotationsgeschwmdig- keit von lebenden Zellen als Funktion der Rotationsfrequenz eines elektrischen Feldes, wobei die Halterung des Meßobjektes im Rotationsfeld m einem Laserfokus erfolgt. Ein besonderer Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, daß beide Kräfte (optisch und elektrische) sich nahezu wechselwirkungsfrei erganzen und wechselweise optimiert verringert werden können. Das optische Fangfeld ist zudem von der Leitfähigkeit der Suspensionslosung unabhängig, so daß m unbegrenzter Weise m leitfahi- gen bis wenig leitfa igen Losungen gearbeitet werden kann, was bisher nicht möglich war. Ein weiterer Vorteil besteht dann, daß erfmdungsgemaß sehr eng stehende Elektroden verwendet und damit anwendungsabhangig mit geringeren Amplituden gemessen werden kann. Ferner lassen sich neue Elektrodenformen zur Erzeugung von Feldgradienten einsetzen, was bisher ausgeschlossen war. Damit wird der Einsatzbereich der dielektrischen Spektroskopie erheblich erweitert.

Durch die überaus präzise (auf einen Mikrometer und weniger) genaue Positionierung der Teilchen lassen sich nunmehr m sehr einfacher Weise automatische Meßverfahren, z.B. der Bilderkennung und der Streulichtmessung etc. zur automatischen Erfassung der Rotationsspektren der Partikeln adaptieren. Dies geschieht m bekannter Weise, z.B. über eine mikroskopische Beobachtung.

Im folgenden sind die wesentlichen Merkmale der Erfindung an m den Zeichnungen dargestellten Ausfuhrungsbeispielen erläutert. Es zeigen:

Figur 1: eine Ubersichtsdarstellung zur erfmdungsgemaßen Halte- rung eines Teilchens in einer Quadrupolanordnung zur dielektrischen Spektroskopie mit einer Laser-Pinzette;

Figur 2 : eine Kurvendarstellung der Abhängigkeit des Drehmomentes bzw. der an- oder abstoßenden Kräfte von der Frequenz f des

Rotationsfeldes (ω = 2 π f) ; Figur 3: eine Ubersichtsdarstellung zur erfmdungsgemaßen Kombination eines Mikrosystems zur dielektrischen Spektroskopie mit einer Mikroskopanordnung, und

Figur 4: eine schematische Illustration eines Mikrosystems für Screenmg-Aufgaben .

Figur 1 zeigt einen perspektivischen Blick auf die Anordnung. Einzelheiten des Mikrosystems, die an sich bekannt sind, werden nicht dargestellt. Ein Partikel 11, suspendiert m einer Umgebungslosung 12, befindet sich im Strahlungsfeld eines stark fo- kussierten Laserstrahls 13 und wird im Fokus 14 gefangen. Vier planar auf einem Substrat 15 befindliche, m der Regel planare Elektroden 16a bis 16d werden ber 90 Grad phasenverschobene Signale (Phasenlage 0°, 90°, 180°, 270°) gleicher Frequenz (Amplituden z. B. etwa 1 bis 20 V) angesteuert, so daß ein Drehfeld m der x-y-Ebene entsteht. Entsprechend dreht das gefangene Partikel durch die starken Reibungskräfte gegenüber der Suspensions- flussigkeit 12 wesentlich langsamer, als das Feld rotiert. Die Rotationsgeschwindigkeit des Objektes als Funktion der Frequenz wird durch Vermessung oder Beobachtung des Teilchens ermittelt und liefert die gewünschten Rotationsspektren. Alternativ können auch 3 oder mehr Elektroden in einer Ebene, von stärkerer Dicke als auch m einer Mehrebenenanordnung verwendet werden.

Das m Fig. 1 gezeigte Mikrosystem kann vorteilhafterweise mit Resonanzeinrichtungen zur Ausbildung einer resonanten Erhöhung oder Dampfung der Feldstarke der elektrischen Wechselfelder bei vorbestimmten Frequenzen ausgestattet sein, wie sie m PCT/EP96/05244 beschrieben sind. Der Inhalt der Patentanmeldung PCT/EP96/05244 wird hiermit vollständig durch ausdrückliche Bezugnahme m den Inhalt der vorliegenden Beschreibung einbezogen. Dies betrifft insbesondere alle Maßnahmen zur Erzeugung von Reso- nanzerschemungen m Partikelsuspensionen in Mikroelektrodenan- ordnungen.

Figur 2 zeigt ein Rotationsspektrum (Kurve 21, das Spektrum einer lebenden Zelle beschreibend) und die dazugehörige dielek- trophoretische Kraft (Kurve 22) an. Es zeigt sich, daß die Zelle ohne das optische Fangfeld im Frequenzbereich (ω) zwischen 20 Hz und 1 GHz an die Elektroden gezogen wurde. Bei den dargestellten Kurven handelt es sich um eine Messung an einer 20 μm großen Zelle m einer wassrigen Losung mit einer Leitfähigkeit von ImS/m, wie sie für Algen typisch ist. Dadurch konnte bisher m diesem Frequenzbereich nicht oder nur mit verminderter Genauigkeit gemessen werden, wie dies oben erläutert wurde. Erfmdungsgemaß wird mit der Laser-Pinzette die durch die Kurve 22 repräsentierte Kraftwirkung kompensiert. Entsprechend wird die Laser-Pinzette mit derartigen Betriebsparametern eingesetzt, daß eine genügend große Fangkraft auf das Teilchen ausgeübt wird.

Figur 3 zeigt eine Vorrichtung, die mindestens einseitig transparent ist, mit weiteren Einzelheiten, mit der die Rotationsmessungen durchgeführt werden können. Auf einem Substrat 31 (z.B. Glas) werden mit den Mitteln der Halbleitertechnologie planare Elektroden 32a bis 32d prozessiert und über die Zuleitungen 33a bis 33d mit Wechselspannungssignalen zur Rotationsfelderzeugung beaufschlagt. Durch die Seitenwande 34a, 34b und die weniger als 250 μm dicke Deckplatte 35 wird ein Kanal gebildet, m den die Par- tikelsuspension eingespult werden kann (36, Pfeilrichtung) . Die Kanaldecke besteht aus Glas, so daß ein Objektiv 37 hoher numerischer Apertur, z.B. auch als Olim ersionsobj ektiv (01 38) einen stark fokussierten Laserfokus im Kanalinneren erzeugen kann, m dem das Partikel 39 gefangen wird. Sinngemäß können noch weitere Elektroden eingeführt werden und kann der Laserstrahl oder der Kanal relativ zueinander verschoben werden. Das Gesamtsystem ist als Zusatz zu einem Mikroskop ausfuhrbar. Eine bevorzugte Anwendung der Erfindung wird im folgenden unter Bezug auf Fig. 4 erläutert. Fig. 4 zeigt ein Mikrosystem, das für den Aufbau eines Testsystems (Assaysystem) für das Hochdurchsatz- screenmg ausgebildet ist. Das Mikrosystem 40 weist eine Kanal- Struktur 41a, 41b auf. Der erste Kanal 41a wird von einer Suspension mit Partikeln durchströmt, die getestet werden sollen. Die Partikel umfassen beispielsweise biologische Zellen oder modifizierte synthetische Partikel oder Kombinationen aus biolgischen Zellen und synthetischen Partikeln. Der zweite Kanal 41b, der von einer Losung oder Suspension einer Testsubstanz durchströmt wird, mundet m den ersten Kanal 41a. Die Testsubstanz umfaßt vorzugsweise Liganden, z.B. Antikörper.

Stromaufwärts m Bezug auf die Einmündung des zweiten Kanals 41b ist am ersten Kanal 41a ein erstes Elektrodensystem 42a angebracht, das beispielsweise wie das Mikroelektrodensystem gemäß Fig. 1 aufgebaut ist. Stromabwarts gegenüber dem Mundungspunkt ist ein zweites Elektrodensystem 42b angeordnet. Die Elektrodensysteme 42a, 42b sind für Rotationsmessungen an den Partikeln 43 vor bzw. nach der Wechselwirkung mit der Testsubstanz ausgelegt. Jede Elektrodenanordnung ist mit einer Lasereinrichtung und einer Mikroskopanordnung zur Erzeugung der optischen Fallen ausgestattet (s. Fig. 3). Ein Testablauf konnte beispielsweise wie folgt realisiert werden.

Zunächst werden die anströmenden Partikel 43 im ersten Elektrodensystem 42a einer ersten Rotationsmessung (bei simultaner Hal- terung mit einer optischen Falle) unterzogen. Nach Vermengung mit der Testsubstanz ergeben sich Wechselwirkungen (z.B. Partikel 43a) , deren Einfluß auf die Partikeleigenschaften durch die zweite Rotationsmessung im Elektrodensystem 42b erfaßt wird. Die geänderten Eigenschaften können absolut durch charakteristische Spektren oder relativ durch Vergleich der Spektren der ersten und zweiten Rotationsmessungen ermittelt werden. Nach der zweiten Rotationsmessung werden die Partikel aus dem zweiten Elektrodensystem freigegeben, ggf. weitere Rotationsmessungen m weiteren (nicht dargestellten) Elektrodenanordnungen unterzogen und je nach dem Meßergebnis einem Sortiervorgang unterzogen.

Typische Anwendungen für ein Testsystem gemäß Fig. 4 sind Bindungsstudien und die Ermittlung kinetischer Parameter (Assoziationskonstante, Dissoziationskonstante) im Rahmen der Charakterisierung von Wechselwirkungen zwischen Biomolekulen untereinander oder mit kleinen organischen oder anorganischen Molekülen. Biomolekule und zugehörige Anwendungsbeispiele können dabei sein: Antigene-Antikorper, bei Studien zur Entwicklung von Imunoreagen- zien und Imunoassays, Epitope-Mappmg und Screenmg von Phagen- Bibliotheken; Liganden und ihre zellmembranstandigen Rezeptoren; Zelladhasionsmolekule und ihre Liganden, z.B. bei Untersuchungen der Affinitat zwischen Cadhermen und Integπnen und ihren zellmembranstandigen Rezeptoren; Membranmolekule, wie z.B. Lipide oder Glykoproteme, bei Untersuchungen der Wechselwirkung dieser Moleküle mit anderen löslichen oder zellmembranbestandigen Biomolekulen; extrazellulare Matπxmolekule und ihre loslichen oder zellmembranstandigen Liganden; intrazellulare Botenstoffe, bei Untersuchungen der Signalweiterleitung innerhalb der Zelle durch Wechselwirkung von Molekülen einer Signalweiterleitungskaskade; lösliche Proteine und Peptide, bei der Überwachung der Produktion von Proteinen und Peptiden m einem biotechnologischen Prozeß; Enzyme und ihre Substrate und Cofaktoren, beispielsweise bei Untersuchungen von Blutgerinnungsfaktoren; Proteine oder Peptide und DNA- oder RNA-Molekule, beispielsweise bei der Mutationsanalyse durch unterschiedlich starke Bindung von veränderter DNA an bestimmte Proteine oder Untersuchungen von Transskriptionsfakto- ren; und Oberflachenmolekule von Viren, Bakterien, Pilzen, Pias moiden oder anderen pathogenen Mikroorganismen und der Zellmembran einer Wirtszelle, beispielsweise zur Entwicklung anti- infektiver Strategien.

Ein erfindungsgemäßes Testsystem kann auch eine Vielzahl von Mi- krosystemen gemäß Fig. 4, die seriell oder parallel zusammenwirken, aufgebaut sein.

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur dielektrischen Spektroskopie an mindestens einem Teilchen in einem Mikrosystem, bei dem das Teilchen in einer Elektrodenanordnung hochfrequenten elektrischen rotierenden Feldern ausgesetzt und gleichzeitig frei suspendiert im Fokus einer optischen Falle gehalten wird, wobei an dem Teilchen Rotationsspektren durch Messung der Rotationsgeschwindigkeit als Funktion der Frequenz der rotierenden elektrischen Felder ermittelt werden.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem die optische Falle mit einer Lasereinrichtung erzeugt wird, die mit einer derartigen Strahlungsintensität betrieben wird, daß die optischen Kräfte in der optischen Falle stärker als feldinduzierte Anziehungsoder Abstoßungskräfte der Elektrodenanordnung sind.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem mehrere optische Fallen verwendet werden, um mehrere Teilchen zu haltern, und simultan oder seriell einer Rotationsspektrenmessung unterzogen zu werden.

4. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem am Teilchen eine erste und eine zweite Rotationsspektrenmessung durchgeführt werden, wobei zwischen den Rotationsspektrenmessungen das Teilchen mit einer Testsubstanz zur Wechselwirkung gebracht wird und nach der zweiten Rotationsspektrenmessung das Teilchen einem Sortiervorgang in Abhängigkeit von einer Modifizierung der dielektrischen Eigenschaften des Teilchens nach der Wechselwirkung unterzogen wird.

5. Verfahren gemäß Anspruch 4, bei dem nach der zweiten Rotationsspektrenmessung mindestens eine weitere Testsubstanz zugeführt wird und mindestens eine weitere Rotationsspektrenmessung erfolgt.

6. Vorrichtung zur dielektrischen Spektroskopie an mindestens einem suspendierten Teilchen m einem Mikrosystem, das mindestens eine Elektrodenanordnung zur Ausbildung elektrischer Ro- tationsfelder und eine Einrichtung zur Bildung mindestens einer optischen Falle im Wirkungsbereich der Elektrodenanordnung umfaßt .

7. Vorrichtung gemäß Anspruch 6, die zur Bildung der optischen Falle im Mikrosystem eine Lasereinrichtung und eine Mikroskopanordnung aufweist.

8. Vorrichtung gemäß Anspruch 6 oder 7, bei der im Mikrosystem ein erster Kanal (41a) mit einer ersten (42a) und mindestens einer zweiten (42b) Elektrodenanordnung jeweils mit einer ersten und einer zweiten Lasereinrichtung zur Bildung optischer Fallen vorgesehen ist, wobei zwischen den Elektrodenanordnungen (42a, 42b) m den ersten Kanal (41a) mindestens ein zweiter Kanal (41b) zur Zufuhrung von Testsubstanzen mundet und stromabwärts nach den Elektrodenanordnungen eine Sortiereinrichtung vorgesehen ist.

9. Verwendung einer optischen Falle (Laser-Pinzette) zur frei suspensierten Halterung von Teilchen m elektrischen Rotationsfeldern.