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Ultraschnelle Echtzeit-PCR

Die Sechs-Minuten-PCR

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Das System kann entweder als ­völlig autonom arbeitendes Gerät oder als OEM-Komponente einer Probe-zu-Antwort-Plattform betrieben werden. Zudem erfüllt es die für Analysegeräte erforder- lichen Anforderungen in Bezug auf Sensibilität, Spezifität und Benutzerfreundlichkeit. Insbesondere im Hinblick auf Point-of-Care-An­wendungen, wo das Benutzerszenario die Bedienung solcher Geräte auch durch ungeschultes Personal außerhalb zentraler Labore vorsieht. Es ist somit von entscheidender Bedeutung, dass ein Ergebnis nicht nur schnell erwartet werden kann, sondern auch zuverlässig und validiert ist. Um dies zu gewährleisten, wird in Form der Duplex-Amplifikation eine zweite PCR als Kon­trolle durchgeführt. Der Einsatz von in Massenproduktion hergestellten, günstigen Einweg-Chips und die Kombination von PCR-Analyse und Proben­vorbereitung machen diese Tech­nologie im Angesicht von ­Pandemien zu einer attraktiven Basis-Lösung für verschiedene Zulieferer.

Über 20 Jahre Erfahrung

Das Fraunhofer IMM entwickelt seit über 20 Jahren vollintegrierte und automatisierte mikrofluidische An­alysesysteme. Auf Basis eines „mikrofluidischen Baukastens“ mit umfassender Abdeckung der erforderlichen Funktionselemente kann so in kurzer Zeit eine Anwendungsidee zum Funktionsnachweis geführt werden und es lassen sich voll funktionstüchtige Demonstratoren bis hin zur Nullserie aufbauen. Das Gesamtdesign der entwickelten Nachweissysteme zeichnet sich stets durch eine sehr kompakte, leichte und robuste Bauweise aus. Sämtliche Prozessschritte inklusive Probennahme und -aufbereitung sowie Amplifikation der Zielnukleinsäure sind automatisiert, die Detektion und Auswertung des optischen Signals sind integriert. Eine stabile Langzeitlagerung aller Reagenzien in der Kassette macht den Einsatz über einen langen Zeitraum hinweg möglich.

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Das Grundprinzip der vollautomatisierten Nachweissysteme ist als Plattformtechnologie konzipiert. Durch die Modifikation der Nachweisreaktion und des Temperaturprofils kann das System schnell und flexibel an anwendungsspezifische Anforderungen angepasst werden. Somit sind die Systeme nicht nur für die schnelle Detektion von Erregern im Pandemiefall (Corona-Virus, Grippeviren oder Schweinepest) geeignet, sondern können beispielsweise auch zur Ermittlung des Gesundheitszustandes in der patientennahen Diagnostik oder in der Analyse von Lebens- und Futtermittelkontaminationen eingesetzt werden.

Fraunhofer vs. Corona

Um im Kampf gegen das Corona-Virus schnelle Erfolge zu erzielen, haben sich die verschiedenen Kompetenzen innerhalb der Fraunhofer-Gesellschaft zu Teams zusammengeschlossen. Auch das Fraunhofer IMM arbeitet gemeinsam mit ­anderen Instituten in mehreren Feldern an Lösungen, die zur Eindämmung und Kontrolle des Virus beitragen sollen. Hier trägt die beschriebene Technologie u.a. zur Entwicklung eines Soforttests der nächsten Generation bei: ein minimalistischer Direktassay gepaart mit einer Sechs-Minuten-PCR, die au­tark auf einem Einwegverbrauchsmittel ablaufen.

* Dr. M. Baßler, Dr. C. Freese, R. Gransee, A. Winkler Fraunhofer-Institut für Mikrotechnik und Mikrosysteme IMM, 55129 Mainz

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