24 Mrz Photonische Point-of-Care-Plattform
Einen patientennahen Biosensor, der die quantitative Bestimmung unterschiedlicher Biomarker für mehrere Infektionskrankheiten in weniger als 15 Minuten ermöglicht, hat ein internationales Konsortium aus den Forschungsbereichen Photonik, Mikrofluidik, Biochemie, Elektronik und Biomedizin entwickelt. Koordiniert wurde das Projekt PoC-BoSens vom Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM. Die Technologie hinter der PoC-BoSens-Plattform kombiniert erstmalig optische Flaschenmikroresonatoren aus Glasfasern mit einem mikrofluidischen System zum Transport der Testproben. Flaschenmikroresonatoren zählen zu einer Klasse von photonischen Strukturen, die sich durch exzellente Sensitivität und sehr hohe Kompaktheit auszeichnen und sich daher für eine multiplexfähige, schnelle Detektion von Zielmolekülen in beispielsweise Point-of-Care-Anwendungen (PoC) sehr gut eignen. Allerdings waren Integrationslösungen zuvor weder für solche Flaschenresonatoren noch für andere dreidimensionale, optische Mikroresonatoren verfügbar, was ihren Einsatz bislang verhindert hat.
Resonator und Optofluidik kombiniert
Der erste Biosensor-Prototyp zeigt die erfolgreiche Demonstration der Integration einer praktischen Chip-Kartusche basierend auf vier Mikroflaschenresonatoren. Mithilfe von halbautomatischen Werkzeugen in den Laboren des Fraunhofer IZM wurden diese Mikrostrukturen auf einem photonischen Chip mit einer Genauigkeit von unter einem Mikrometer eingebracht. In einem zweiten Schritt wurde der hybride photonische Chip mit einem Mikrofluidik-Chip verbunden. Eine solche optofluidische Konfiguration eignet sich für eine mehrkanalige Detektion von Zielmolekülen. Ein kompletter Integrationsprozess eines Arrays von Mikroflaschen auf einem Chip ist aufgrund seiner Komplexität noch nie durchgeführt worden. Das Projektteam am Fraunhofer IZM hat es erreicht: Der assemblierte Chip kann nun mit dem Auslesesystem kombiniert werden, um Zytokine als Zielmoleküle in der PoC-BoSens-Plattform zu analysieren. Zytokine bilden eine vielfältige Gruppe von Eiweißen, die eine wichtige Rolle sowohl bei Krankheitserregern von Tuberkulose und Q-Fieber als auch im Immunsystem spielen. So steuern und koordinieren sie die Abwehr von Krankheitserregern und sind deshalb mitverantwortlich dafür, dass eine Immunreaktion erfolgreich abläuft. Weitere Anwendungen könnten dem Nachweis von Antikörpern dienen, die bei Zöliakie und anderen Krankheiten relevant sind, bei denen schnelle Diagnose- und Überwachungstests unerlässlich sind.
Ein multidisziplinäres Konsortium arbeitet weiterhin an den Ergebnissen des Projektes. Die beteiligten Partner aus vier verschiedenen Ländern stammen aus dem akademischen Bereich und der Industrie. Aus Deutschland: Fraunhofer IZM, MDX Devices, ifU Diagnostic Systems, Diarect und Scienion. Österreich: Austrian Institute of Technology. Italien: Scuola Superiore Sant’Anna und Syel. Großbritannien: Unitive Design & Analysis. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung förderte das Projekt im Rahmen der transnationalen Förderinitiative „‘Photonics Based Sensing ERA-NET Cofund (PhotonicSensing)‘. Die Projektlaufzeit war vom 1. April 2018 bis 31. Dezember 2021, das Projektvolumen betrug ca. 2,4 Millionen Euro.
Quelle und Bild: izm.fraunhofer.de
