Faseroptischer Oberflächenplasmonenresonanzsensor für die Bioanalytik

• Antragsteller: Professor Dr. Michael Mertig; Professor Dr.-Ing. Christian Schäffer
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2013
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 165029771

Der gegenwärtig stetig wachsende Trend in der Bioanalytik und Medizintechnik zur Entwicklung von neuartigen Prinzipien und Geräten für die Point-of-care-Diagnostik ist unmittelbar verbunden mit der Notwendigkeit der Miniaturisierung eingesetzter Transducersysteme. Optische Sensoren, die auf der Auswertung einer Oberflächenplasmonenresonanz (engl. surface plasmon resonance = SPR) basieren, haben jüngst bewiesen, dass sie ein großes Potential für die Analyse von biomolekularen Wechselwirkungen und damit für die Detektion von biologischen Analyten besitzen. Allerdings ist ihr Aufbau aufgrund der zumeist verwendeten Kretschmann-Anordnung und des aufwendigen Flüssigkeitsmanagements eher voluminös. Im Rahmen eines interdisziplinären Ansatzes soll deshalb ein neuartiges Konzept für einen faseroptischen SPR-Sensor entwickelt, in seinen opto-elektronischen und materialwissenschaftlichen Grundlagen untersucht und schließlich experimentell umgesetzt werden. Wesentliches Ziel des geplanten Projektes ist die Entwicklung eines hochsensitiven Transduceraufbaus für einen extrem kompakten SPR-Biosensor, der für in-situ Untersuchungen in Probenvolumina < 500 nl eingesetzt werden und vollständig auf eine aufwendige Mikrofluidik mit mechanischen Komponenten verzichten kann.Das hier vorgeschlagene Sensorprinzip basiert auf der Verwendung von normalen optischen Singlemodefasern, in denen spezielle langperiodische Bragg-Gitter als Modenkoppler fungieren. Dadurch soll eine effiziente Anregung lokal definierter Mantelmoden ermöglicht werden, die an einer partiellen Beschichtung des Fasermantels zu polarisationsunabhängigen Anregung von Oberflächenplasmonen führen sollen. Die Anregung der SPR durch die Mantelmoden soll unter dem Einfluss verschiedener aktiver Sensorschichten mit einem theoretischen Modell untersucht und durch Experimente verifiziert werden. Von diesem Ansatz wird eine entscheidende Erhöhung der Empfindlichkeit gegenüber existierenden faseroptischen Sensoren erwartet.Für den Aufbau der optisch aktiven und strukturierbaren Schichten des Sensors sollen neuartige biomimetische Ansätze verfolgt werden. Mit dem Ziel der Validierung des vorgeschlagenen Sensorkonzeptes durch Bestimmung der Empfindlichkeit und der unteren Nachweisgrenze des zu entwickelnden Fasersensors sollen Modellexperimente zur DNA-Hybridisierung und Protein-Antikörper-Wechselwirkung durchgeführt sowie ein kompetitiver Peptidverdrängungsassay entwickelt werden. Das wichtigste Langzeitziel des vorgeschlagenen Projektes besteht in der Entwicklung einer Methode zum ortsaufgelösten Multiplexbetrieb des zu entwickelnden faseroptischen Biosensors. Im Ergebnis der geplanten Untersuchungen werden wesentliche Beiträge zum Verständnis miniaturisierter faseroptischer SPR-Sensoren erwartet.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen