Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

DNA-Aggregations-Displays zur Prüfung der Dry Penetration an OP-Textilien

Ziel des beantragten Forschungsvorhabens ist ein quantitativer Schnelltest für mikrobielle Penetration bei OP-Textilien. Der Schnelltest basiert auf Surrogatpartikeln aus polykationischen Aminen mit gleichen Penetrationseigenschaften wie die in ISO 22612 eingesetzten Bacillus atrophaeus-Sporen. Penetrierte Partikel werden aufgefangen und auf ein DNA-Aggregations-Display transferiert. Durch das Auflösen der Partikel in einem dünnen Wasserfilm werden die polykationischen Amine freigesetzt. Aufgrund deren Ladung kommt es zu einer lokalen Aggregation der DNA-Moleküle auf dem regenerierbaren DNA-Aggregations-Display. Die DNA-Aggregation kann visualisiert werden, wenn die DNA-Moleküle mit speziellen Aggregations-induzierten Emissions-Fluorophoren (AIE) funktionalisiert werden. Durch die Aggregation der DNA kommt es zu einer sterischen Einschränkung und elektrostatischen Bindung von Liganden der AIE-Fluorophore. Dies resultiert in einer Unterbindung der intramolekularen Rotation, wodurch eine Fluoreszenzemission induziert wird (turn on). Die stark fluoreszierenden Areale auf dem DNA-Aggregations-Display können visuell oder mittels preiswerter Kameras detektiert und dokumentiert werden.

Den mehr als 2.300 textilen Dienstleistungsbetrieben (vorwiegend KMU) wird ein innerbetrieblich und kostengünstig anwendbares Verfahren zur routinemäßigen Qualitätssicherung und anlassbezogenen Kontrolle optisch auffälliger OP-Textilien zur Verfügung gestellt. Dieses Verfahren erlaubt die sichere Quantifizierung der bis zu 300 normativ bewertungsrelevanten Penetrationsereignisse innerhalb von 5 min. Hierdurch können Fehler bei der Aufbereitung und schadhafte OP-Textilien zeitnah erkannt werden, und Haftungsrisiken gegenüber Kunden werden minimiert. Durch Substitution der normativen Prüfung, die bislang an externe Labore vergeben werden muss, ergeben sich wirtschaftliche Vorteile von über 8,5 Mio. €/a. hauptsächlich für KMU.

Ergebniszusammenfassung:

OP-Textilien sind Medizinprodukte, deren hauptsächlicher Anwendungszweck ist, Kontaminationen des OP-Feldes bei Eingriffen zu vermeiden, also die Übertragung von Infektionserregern auf den Patienten zu verhindern. Die unterschiedlichen Anforderungen an OP-Textilien werden durch EN 13795 definiert. Die wichtigste Prüfanforderung zum Nachweis der Gebrauchstauglichkeit von OP-Textilien stellt die Barrierewirkung der Textilien gegen Keimpenetration dar. Der unkritische (OP-Feld-ferne) Produktbereich muss hierzu hinsichtlich der Keimpenetration im trockenen Zustand (dry penetration) entsprechend ISO 22612 getestet werden. Die normative Prüfung ist durch den Einsatz von Prüfmikroorganismen (Endosporen von Bacillus atrophaeus) sehr aufwendig und kann nur in spezialisierten Laboren durchgeführt werden.

Im Rahmen des Forschungsvorhabens sollte ein innerbetrieblich durchführbarer Schnelltest auf Basis eines DNA-Aggregations-Displays entwickelt werden, welches durch Ersatz der normativ eingesetzten Prüforganismen durch Polyamin-basierte Surrogatpartikel die Bestimmung der dry penetration erlaubt. Zum Auffangen der penetrierten Surrogatpartikel wurde ein Träger auf Basis eines aus Paraffin/Paraffinöl bestehenden Oleogels entwickelt, der den Transfer der Surrogatpartikel auf das DNA-Aggregations-Display erlaubte. Der Nachweis penetrierter Surrogatpartikel basierte auf der Eigenschaft von Polyaminen, DNA zu aggregieren. Zum Nachweis des Aggregationszustands von DNA sind Aggregations-induzierte Emissions (AIE)-Fluorophore geeignet, mit denen die DNA funktionalisiert werden kann. Als AIE-Fluorophor wurde TPE-Benzaldehyd (4-(1,2,2-Triphenylethenyl)benzaldehyd) eingesetzt, das über eine reduktive Aminierung kovalent an Spermin gekoppelt wurde. Das Kopplungsprodukt band an DNA und zeigte die durch Zugabe von Polyamin ausgelöste Aggregation der DNA durch einen starken Anstieg des Fluoreszenzsignals (Emission bei 500 nm) an.