Mikrofluidik-Impedanz-Biosensor-System für die simultane und label-freie Vor-Ort-Detektion des Blutgerinnungsstatus

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr. Meltem Avci-Adali; Professor Dr.-Ing. Can Dincer
• Fachliche Zuordnung: Mikrosysteme ; Biomedizinische Systemtechnik
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 446617142

Ziel dieses Projektes ist die Implementierung eines Mikrofluidik-Impedanz-Biosensors mit Aptameren, der die simultane und label-freie Vor-Ort-Detektion des Blutgerinnungsstatus ermöglicht. Hierfür werden neue Aptamere für Fibrinogen, Plasmin und Beta-Thromboglobulin selektiert und hinsichtlich ihrer Spezifität, Affinität und Anwendbarkeit validiert. Ein bereits selektiertes Thrombin-Aptamer wird verwendet, um mit der Biosensor-Entwicklung sofort zu starten. Um die Empfindlichkeit zu erhöhen und die Probleme mit der Ionenstärke der Probe zu überwinden, werden verschiedene Nanogap-Sensoren mit Multiplex-Mikrofluidik hergestellt und getestet. Hierbei wird der Einfluss des Nanogap-Designs (Abstand, Form, Passivierungsschicht) und verschiedene Elektrodenmaterialien und Mikrofluidik-Designs erforscht. Schließlich wird der entwickelte Sensor für Multiplex-Vor-Ort-Blutgerinnungstests in Vollblutproben gesunder Spender eingesetzt und seine Leistung mit Standardtechniken überprüft.In der klinischen Gerinnungsdiagnostik besteht ein großer Bedarf an tragbaren Geräten zur Bestimmung des Gerinnungsstatus. Nicht kontinuierliche oder ungenaue Messungen können zu Blutungen oder lebensbedrohlichen Thrombosen führen. Die herkömmlichen Systeme sind entweder mit langen Analysezeiten verbunden oder erfordern eine Probenvorbereitung, teure Geräte und qualifiziertes Personal. So sind sie für den Vor-Ort-Einsatz meistens nicht gegeignet. Zudem reichen Befunde, basierend auf einem einzigen Biomarker, oft nicht aus, um eine korrekte Diagnose zu stellen. Daher ist es sehr wünschenswert, multiple Biomarker gleichzeitig zu messen.Impedimetrische Biosensoren erlauben eine label-freie Detektion biomolekularer Interaktionen. Diese werden am elektrochemischen System mit Hilfe einer sinusförmigen Spannung über einen Frequenzbereich gemessen. Ihr relativ einfacher Aufbau und der hohe Miniaturisierungsgrad favorisieren diese Methode für die Entwicklung von tragbaren Systemen. Aktuelle impedimetrische Sensoren leiden jedoch hauptsächlich unter dem Einfluss der Ionenstärke der Probe. Mit dem Einsatz unseres Nanogap-IDA Sensors kann der Einfluss des Mediums auf die Messung reduziert werden.Aptamere können ihr Target dank ihrer 3D-Struktur mit hoher Spezifizität und Affinität erkennen und besitzen zahlreiche Vorteile, einschließlich hohe Stabilität, chemische Synthetisierbarkeit, Sensitivität und Selektivität. Daher werden in diesem Projekt, Aptamere zur Beurteilung des Gerinnungsstatus entwickelt und der funktionalisierte Biosensor wird mit frischem humanen Vollblut evaluiert, um ein Quadruplex-Panel für die Vor-Ort-Diagnostik zu realisieren.Die erfolgreiche Demonstration eines solchen Mikrofluidik-Impedanz-Biosensors mit Aptameren würde einen Paradigmenwechsel in der Blutgerinnungsdiagnostik bedeuten. Dieses System könnte aber auch in anderen Anwendungsbereichen eingesetzt werden und in Zukunft sogar die Echtzeit- und Online-Monitoring von Biomarkern erlauben.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Österreich
• Partnerorganisation: Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF)
• Kooperationspartner: Dr.-Ing. Stefan Partel