Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Universelle Mediatorsonden Plattform mit elektrochemischer Detektion zur mobilen Point of Care DNA-Diagnostik

Der Bereich der schnellen und mobilen Point of Care (PoC) DNA-Diagnostik ist nicht nur von höchstem gesellschaftlichen Interesse (z.B. Ebola, MRSA usw.), sondern verspricht auch ein äußerst attraktives Wirtschaftspotential für deutsche KMU sowohl als Hersteller wie auch als Dienstleister. Ziel dieses ehrgeizigen Vorhabens ist daher die Schaffung einer innovativen, portablen und miniaturisierten Plattform, die den hohen Anforderungen gerecht wird und auf deren Basis neue Anwendungen für die mobile DNA-Diagnostik am PoC entwickelt werden können.

Die angestrebte Plattform soll aus zwei wesentlichen Komponenten bestehen: einer Einwegkartusche, auf der der Nachweis der DNA-Sequenzen erfolgt und einem kompakten Grundgerät, in dem alle wiederverwendbaren Komponenten des Analysesystems integriert sind. Bei der Umsetzung der Plattform sollen interdisziplinär und branchenübergreifend disruptive Technologieansätze aus den Disziplinen Biologie (gleichzeitiger Nachweis verschiedener DNA-Sequenzen mittels Mediatorsonden-Technologie, isotherme DNA-Amplifikationsreaktion), Elektrochemie (Detektion der Nachweisreaktion mittels elektrochemischer Impedanzspektroskopie), Mikroelektronik (Entwicklung eines miniaturisierten Impedanzspektrometers mittels integrierten Schaltungen) und Fertigungstechnik (Funktionalisierung der Einwegkartusche mit Elektroden und Heiz- und Temperatursensorstrukturen mit jettenden Druckverfahren) miteinander verknüpft werden. Dazu sollen während des Projektes grundlegende, wissenschaftliche Untersuchungen zu den Basistechnologien erfolgen und darauf aufbauend ein Demonstrator für die Plattform realisiert werden.

Die Ergebnisse des Vorhabens werden in vielfältiger Hinsicht für KMU von Nutzen sein. Sie werden die Diagnostikplattform bzw. Komponenten derselben herstellen, auf der Plattform aufbauend neue Anwendungen und Testmethoden entwickeln sowie neue Dienstleistungen anbieten können.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen des Projektes wurde die DNA-Analyse mit Hilfe digital gedruckter Elektroden in einem spritzgegossenen Mikrofluidikchip untersucht. Zur Auswertung der elektrischen Signale wurde ein ASIC entwickelt und Platinen für die Datenauswertung und Temperierung des Mikrofluidikchips aufgebaut.

Das bearbeitete Thema war sehr interdisziplinär angelegt, so dass eine Reihe von Teilergebnissen erzielt werden konnte, die weiterverwertet werden können, auch wenn das Gesamtziel des Projektes noch nicht erreicht wurde.

So folgte im Projektverlauf eine Assayentwicklung, die unabhängig von den im Projekt entwickelten Elektroden auf Standardelektroden eingesetzt werden kann. Die damit durchgeführten Versuche haben gezeigt, dass digital gedruckte Elektroden im Gegensatz zu siebgedruckten Elektroden vor Gebrauch nicht gereinigt werden müssen, wodurch der Einsatz der Elektroden auch für andere medizintechnische Anwendungen interessant wird. Der entwickelte ASIC zur Auswertung der Impedanzmessung kann unabhängig von den im Projekt gemachten Versuchen als handliche Alternative zu Laborpotentiostaten eingesetzt werden.

Durch Zusammenführung einzelner Technologiekomponenten konnte gezeigt werden, dass das im Projekt verfolgte Grundprinzip der DNA-Analyse zur Point-of-Care Diagnostik funktioniert. In einem Folgeprojekt soll auf Grundlage der Mobi-E Ergebnisse das System weiterentwickelt werden.