Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Piezoelektrischer MRSA-Nachweis unter Einkopplung photoinduzierter akustischer Wellen

Ziel des beantragten Forschungsvorhabens ein piezoelektrischer Sensor, der eine unmittelbare hoch sensitive Quantifizierung von MRSA vor Ort ermöglicht (piezoelektrischer MRSA-Nachweis). Das Nachweisprinzip basiert auf der Einkopplung photoinduzierter akustischer Wellen in ein in Resonanz schwingendes piezoelektrisches Material nach Bindung lebender MRSA-Zellen und Markierung gebundener MRSA-Zellen durch Antikörper-funktionalisierte akustische Sonden. Durch Bestrahlung mit gepulstem monochromatischem Licht werden periodische Temperaturänderungen der akustischen Sonden induziert, die zur Ausbildung akustischer Wellen führen (photoinduzierte akustische Wellen). Erreichen die photoinduzierten akustischen Wellen das piezoelektrische Material, werden sie in dieses eingekoppelt und interferieren mit der dort vorliegenden elektrisch induzierten akustischen Welle. Die Amplitude der resultierenden akustischen Welle hängt direkt von der Anzahl am piezoelektrischen Material gebundener markierter MRSA-Zellen ab.

Mittels des piezoelektrischen MRSA-Nachweises können Reinigungs- und Hygienedienstleister der Hygienekommission in Krankenhäusern den Erfolg durchgeführter Reinigungs-/Desinfektionsmaßnahmen unmittelbar belegen. Ggf. notwendige Korrekturmaßnahmen können sofort eingeleitet werden. Kritische Punkte (häufiger Haut-/Handkontakt) können von der Hygienekommission festgelegt und durch Reinigungs- und Hygienedienstleister regelmäßig hinsichtlich MRSA-Kontaminationen untersucht werden. Mit den erhaltenen Daten können Hygienefachkräfte Hygienepläne optimieren und Strategien zur Vermeidung von Kontaminationen verbessern, die essentiell für die Prävention nosokomialer MRSA-Fälle und die Eindämmung der MRSA-Verbreitung sind.

Durch Anwendung des piezoelektrischen MRSA-Nachweises können die über 21.000 Reinigungs- und Hygienedienstleister (vorwiegend KMU) ihren Marktanteil im Bereich Krankenhausreinigung ausbauen, wodurch ein wirtschaftlicher Vorteil von über 8 Mio. €/a resultiert.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen des Forschungsprojektes wurde ein piezoelektrischer Sensor entwickelt, der eine Quantifizierung von MRSA vor Ort ermöglicht (piezoelektrischer MRSA-Nachweis): MRSA-Zellen werden über MRSA-spezifische Antikörper an ein piezoelektrisches Material (Schwingquarz) gebunden und durch akustische Sonden markiert. Durch Anregung der akustischen Sonden mit gepulstem monochromatischem Licht werden periodische Temperaturänderungen induziert, durch die das Messignal (Frequenzänderung) proportional zur Menge der am piezoelektrischen Material gebundenen MRSA-Zellen verstärkt wird, so dass die Nachweisgrenze des piezoelektrischen Sensors erhöht wird. Durch die Bindung der Antikörper am piezoelektrischen Material mittels geeigneter Linker ist eine einfache Regenerierung des piezoelektrischen Materials im Anschluss an die Messung im Rahmen des routinemäßig durchzuführenden Desinfektionsschrittes möglich.

Um Mikroorganismen mithilfe des entwickelten piezoelektrischen Sensors nachweisen zu können, wurden geeignete Probenmedien ausgewählt, mit denen sich auch geometrisch anspruchsvolle neuralgische Kontaktstellen wie Türklinken, Fenstergriffe oder Bettgestelle beproben lassen und ein Elutionsverfahren, das die Überführung der Keime vom Probenmedium in die Messkammer des Sensors ermöglicht, entwickelt. Es ist davon auszugehen, dass nach auf den Projektergebnissen basierenden weiterführenden Untersuchungen ein Verfahren zum vollautomatisierten MRSA-Nachweis erreicht werden kann.