Lab-on-a-chip: Kieler schrumpfen Analysetechnik

Bis zu 100 Biomarker sollen auf dem Kieler Wegwerflabor Platz finden.
Foto/Copyright: Denis Schimmelpfennig, CAU

Ein ganzes Labor in der Hand: Forschende von der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) haben einen Chip entwickelt, der in einem Tropfen Blut verschiedene Proteine erkennen kann. Damit könnten medizinische Diagnosen zukünftig viel schneller und günstiger gestellt werden.

Der Chip hat das Format eines Objektträgers für Mikroskope. Auf ihm werden die roten Blutkörperchen aus dem Blut mit Hilfe einer Membran gefiltert und das Plasma über feine Kapillaren zu der nanostrukturierten Oberfläche des Sensors geleitet. Auf diese haben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler verschiedene Antikörper „geklebt“. Fließt nun das Blut durch den Chip, bleiben die zu den Antikörpern passenden Proteine nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip hängen. Die Konzentration dieser Proteine wird dann mit Hilfe von Licht aus LEDs ausgelesen. „Wir messen die Intensitätsänderung des Lichts, nachdem es den Sensor durchdringt. So erhalten wir Rückschlüsse darauf, wieviel von den Stoffen im Blut vorhanden ist“, erklärt Sabrina Jahns, Doktorandin in der Arbeitsgruppe Integrierte Systeme und Photonik an der Kieler Technischen Fakultät.

Sechs dieser sogenannten Biomarker, die auf bestimmte Krankheiten hinweisen können, zum Beispiel CD40 Ligand, Streptavidin und Thrombin, kann das Chiplabor bereits messen. Letzteres ist wichtig für die Blutgerinnung. Ist die Konzentration dieses Proteins im Blut zu hoch, ist ein Patient oder eine Patientin wahrscheinlich anfälliger für Thrombosen.

Das Land Schleswig-Holstein fördert das Projekt nun aktuell mit rund 200.000 Euro. Das Ziel: „Wir möchten 100 Biomarker auf unserem Chip detektieren können“, sagt Professorin Martina Gerken, Leiterin des Projekts. Das soll bereits in wenigen Monaten erfüllt sein. Marktreife könnte das Chiplabor in etwa fünf Jahren erreichen, denn die Messung der Stoffmengen soll noch genauer werden. Damit fiele der lange und teure Umweg von Blutanalysen über Speziallabore weg. Messergebnisse stünden umgehend zur Verfügung. Die Produktionskosten der Wegwerfchips lägen im Cent-Bereich. Die „Transmissionsmessung“ genannte Methode haben die Kieler Forschenden bereits zum Patent angemeldet.

Originalpublikationen:

Jahns, S., Gutekunst, S.B., Selhuber-Unkel, C., Nazirizadeh, Y., Gerken, M.,“Human blood microfluidic test chip for imaging, label-free biosensor”, Microsystem Technologies 2015-12-14,10.1007/s00542-015-2746-6.

Link: http://dx.doi.org/10.1007/s00542-015-2746-6

Jahns, S., Bräu, M., Meyer, B.-O., Karrock, T, Gutekunst S. B., Blohm, L., Selhuber-Unkel, C., Buhmann, R., Nazirizadeh, Y., and Gerken, M., “Handheld imaging photonic crystal biosensor for multiplexed, label-free protein detection,” Biomed. Opt. Express, vol. 6, no. 10, p. 3724, 2015.

Link: http://dx.doi.org/10.1364/BOE.6.003724

Neustock, L. T., Jahns, S., Adam, J., and Gerken, M., „Optical Waveguides with Compound Multiperiodic Grating Nanostructures for Refractive Index Sensing”, Journal of Sensors, 2016.

Link: http://dx.doi.org/10.1155/2016/6174527

Kontakt:

Prof. Dr. Martina Gerken

Institut für Elektrotechnik und Informationstechnik

Tel.: 0431/880 6250

E-Mail:

"> mge@tf.uni-kiel.de

Sabrina Jahns

Institut für Elektrotechnik und Informationstechnik

Tel.: 0431/880 6255

E-Mail:

">sja@tf.uni-kiel.de

Details, die nur Millionstel Millimeter groß sind: Damit beschäftigt sich der Forschungsschwerpunkt „Nanowissenschaften und Oberflächenforschung“ (Kiel Nano, Surface and Interface Science – KiNSIS) an der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU). Im Nanokosmos herrschen andere, nämlich quantenphysikalische, Gesetze als in der makroskopischen Welt. Durch eine intensive interdisziplinäre Zusammenarbeit zwischen Materialwissenschaft, Chemie, Physik, Biologie, Elektrotechnik, Informatik, Lebensmitteltechnologie und verschiedenen medizinischen Fächern zielt der Schwerpunkt darauf ab, die Systeme in dieser Dimension zu verstehen und die Erkenntnisse anwendungsbezogen umzusetzen. Molekulare Maschinen, neuartige Sensoren, bionische Materialien, Quantencomputer, fortschrittliche Therapien und vieles mehr können daraus entstehen. Mehr Informationen auf www.kinsis.uni-kiel.de