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Patientennahe Diagnostik

Patientennahe diagnostische Versorgung realisieren

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Aus all diesen Gründen finden sich zurzeit bereits verschiedene Systeme auf dem Markt, die eine patientennahe Versorgung gewährleisten sollen. Diese sind jedoch limitiert durch die Anzahl der zu messenden Parameter und der Möglichkeit einer Quantifizierung. Ein Ziel des Fraunhofer-internen Forschungsprojektes war es somit ein System zu entwickeln, welches die parallele Analyse und Quantifizierung einer Vielzahl von Parametern am Ort der Probenentnahme realisieren kann.

Unter dem Namen Fraunhofer ivD-Plattform wurde mit sieben Fraunhofer-Instituten ein System entwickelt, das aus einer kreditkartengroßen Kartusche und einer Basiseinheit besteht (s. Abb. 1 und 2). Mit diesem System ist es möglich innerhalb von 15 min bis zu 500 verschiedene Parameter in Laborqualität am Ort der Probenentnahme zu messen. Basis des Systems ist eine mikrofluidische Kartusche, die sowohl aktive als auch passive Komponenten vereinigt und somit eine vereinfachte Handhabung gewährleistet, ohne die Qualität der Analyse durch Fehlbedienung zu gefährden.

Transfer von biomedizinischen Assays

Das Hauptziel der ivD-Plattform war es, ein System zu entwickeln, welches die Möglichkeit bietet, verschiedene biomedizinische Assays auf die Analyse-Kartusche übertragen zu können. Daher ist die Plattform offen für unterschiedliche Biosensoren. Viele biomedizinische Assays beruhen auf einer Bindungsreaktion zwischen einem Fängermolekül, welches meistens Antikörper sind, und dem dazugehörigen Analyten. Diese so genannten Immunoassays werden in Laboren in Mikrotiterplatten durchgeführt. Um Analysen vor Ort zu gewährleisten, musste jedoch ein anderes Format gewählt werden. Dazu bot sich die Mikroarraytechnik an, da hier ausgehend von etablierten Immunoassays lediglich eine Miniaturisierung dieser auf einer Oberfläche nötig ist. Vorteil der Miniaturisierung ist neben dem geringen Materialverbrauch auch die Erhöhung der Schnelligkeit der Bindungsreaktion, was besonders bei einem Einsatz vor Ort von essenzieller Bedeutung ist.

Mikroarrays zur Parallelisierung von Analysen

Seit vielen Jahren werden Mikoarrays zur Parallelisierung von Analysen verwendet. Dabei werden verschiedene Fängermoleküle wie etwa Antikörper oder DNA-Sonden auf einer Oberfläche immobilisiert. Wichtig ist hierzu die Modifizierung der Oberfläche, da die Fängermoleküle trotz Immobilisierung ihre biologische Aktivität (das Binden von Zielmolekülen) nicht verlieren dürfen. Vorteil der Mikroarraytechnologie ist es, verschiedene Fängermoleküle auf engem Raum zu immobilisieren. Dies geschieht durch Absetzen von kleinen Flüssigkeitsmengen (0,1 bis 1 nL) auf der Oberfläche. Dadurch entstehen Spots in µm-Größe, die jeweils verschiedene Fängermoleküle beinhalten und so verschiedene Analyten aus der Probe binden können. Zur Quantifizierung wird ein weiterer Antikörper über den Array gegeben, der von der gegenüberliegenden Seite an den Analyten bindet. Da dieser sekundäre Antikörper mit einem Fluorophor markiert ist, kann über eine Optik die Quantifizierung erfolgen (s. Abb. 3). Auf der Fraunhofer ivD-Plattform ist es möglich, mehrere hundert Fängermoleküle abzusetzen und so vor Ort zu messen.

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