Tragbarer Einweg-Biosensor
Die meisten herkömmlichen Biosensoren sind entweder laterale Durchfluss-Immunoassays oder quantitative laborbasierte Systeme. Um die besten Eigenschaften beider Systeme zusammenzuführen, sollte das EU-finanzierte Projekt E-GNOSIS (e-Gnosis: a novel platform technology for quantitative mobile diagnostics) einen benutzerfreundlichen, hochempfindlichen und multiplexfähigen Einweg-Biosensor-Chip entwickeln. Die Forscher entwickelten und fertigten Chip-basierte elektrochemische Assays, die an Auslesesysteme gekoppelt und getestet wurden. Die Chips bestehen aus vertieften Ringscheiben-/Ringelektrodenarrays aus Gold und Platin mit Durchmessern im Mikrometerbereich und Elektrodenabscheidungen im Nanometerbereich. Für die Biofunktionalisierung des Chips wählte das Team einen Satz handelsüblicher Target-/Sonden-Kits. Da es während des elektrochemischen Zyklus in Flüssigkeiten allerdings zur Delamination kam, versagten die Chips, was ein wesentliches Hindernis bei der Fertigung der E-GNOSIS-Chips darstellte. So entwickelte das Team ein Arbeitsprotokoll, um Stabilität und Lebensdauer der Chips in Flüssigkeiten zu verbessern. Schließlich fielen in der Fertigungsanlage wichtige Geräte für die Chipherstellung aus, sodass nicht genug Chips produziert werden konnten, um die Optimierung und Tests mit Antikörpern abzuschließen. Die Verpackung der Chips ist ein weiterer entscheidender Aspekt, der ausführlich untersucht wurde, und für den unterschiedliche Ansätze wie Flip-Chip-Bonding, Draht-Bonding getestet wurden. Schließlich wurde ein benutzerdefinierter Chip-Halter entwickelt und produziert. Mit einem handelsüblichen Gassensorchip (LMP91000) und einem Einplatinencomputer (Raspberry Pi) wurde ein kostengünstiger Potentiostat zusammen mit den elektrochemischen Chips entwickelt, programmiert und getestet, um zu zeigen, dass sich die Technologie für die kostengünstige Point-of-Care-Diagnostik eignet. Schon jetzt können E-GNOSIS-Chips und Potentiostat als elektrochemische Sensoren in Forschung und Lehre eingesetzt werden. Die Leistung von vertieften Ringscheiben-Elektroden-Arrays ist vielen anderen Elektrodenkonfigurationen überlegen und der Potentiostat weit billiger als derzeitige handelsübliche Systeme. Für eine erfolgreiche Kommerzialisierung des tragbaren elektrochemischen Instruments muss das E-GNOSIS-Team noch einen medizinischen Immunoassay entwickeln. Potenzielle Anwendungen neben der Biomedizin wären Umweltüberwachung, Batterieprüfung und wissenschaftliche Ausbildung.
Schlüsselbegriffe
Biosensoren, Chips, E-GNOSIS, elektrochemischer Assay, Biofunktionalisierung
