Elektrochemischer Vollblut-Analytnachweis
Elektrochemilumineszenz (ECL) ist die Emission von Licht als Ergebnis einer elektrochemischen Reaktion, die typischerweise an einer Elektrode auftritt. Der Zerfall eines angeregten Zustands bei einer Reaktion, wenn er wieder in seinen stabilen Zustand zurückkehrt, wird durch Lichtemission begleitet. Für den Einsatz in der Schnelldiagnose in der Klinik oder am Point-of-Care (POC) muss die Empfindlichkeit der Vollblutdetektion deutlich erhöht werden. Im Rahmen des EU-finanzierten Projekts ECL NANO-MATERIALS entwickelten Wissenschaftler ECL-Sensoren mit sehr niedrigen Nachweisgrenzen für Einzelmoleküle innerhalb von Polyelektrolytfilmen. Zu den untersuchten Molekülen gehörten auch Quantenpunkte (QD), fluoriszierende Nanokristalle aus halbleitenden Materialien. Die Forscher synthetisierten QD deckten sie und mit Dimethylaminoethanthiol (DAET) ab. Der DAET-Ligand wirkt als Tensid, sodass die QD wasserlöslich waren und keine Cluster bilden konnten. Die DAET-bedeckten QD wurden dann in das Polymer Nafion eingearbeitet. Typischerweise verringern Ligandenaustauschreaktionen, wie etwa zum Abdecken von QD mit DAET, die Fluoreszenzquantenausbeute, ein Maß für die Emission. In der Tat lag die Quantenausbeute für DAET-QD-Emission unter 5%. Wenn jedoch die Nafion/DAET-QD-Verbundfilme auf Glaskohlenstoff aufgebracht wurden und Wasserstoffperoxid als Co-Reaktionsmittel verwendet wurde, war die Quantenausbeute tatsächlich größer als die für Filme aus unbedeckten QD. Nachfolgende Experimente untersuchten ECL-Löschung (der Emission) durch Bindung an biologisch relevante Moleküle wie Glutathion, Cholesterin, Dopamin und Homocystein. Diese bestätigten das große Potential von Nafion/DAET-QD-Verbundfolien als bioanalytische Sensoren. Das ultimative Ziel der Forschung war der Nachweis von Analyten in Vollblut mithilfe QD in ECL-Biosensoren. Die Arbeiten führten zur Demonstration von ECL-Biosensoren für Homocystein und Dopamin mit zuverlässigem Nachweisvermögen im millimolaren und picomolaren Bereich. Dabei handelt es sich um die ersten ECL-Biosensoren für den empfindlichen Nachweis von Biomolekülen direkt aus Vollblut, ohne dass die Analyte zuerst extrahiert werden müssen. Alle Arbeiten sollen in Fachzeitschriften veröffentlicht werden und ein Manuskript wurde bereits veröffentlicht. Die Technologie könnte grundlegende Auswirkungen auf die POC-Diagnostik und eine verbesserte Gesundheit der Patienten haben, was den Bürgern und dem Gesundheitssystem der EU zugutekommt.
Schlüsselbegriffe
Analytnachweis, Vollblut, Nanosensor, Elektrochemilumineszenz, Quantenpunkte