Krankheiten im Handteller auf der Spur

Handflächengroße tragbare Labore, um Krankheitserreger wie Salmonellen in Nahrungsmitteln nachzuweisen, sind bald keine Science-Fiction mehr. Ein europäisches Forschungsteam steht mit einem solchen Labor kurz vor dem Durchbruch. OptoLabCard ist ein mit rund drei Millionen Euro...

Handflächengroße tragbare Labore, um Krankheitserreger wie Salmonellen in Nahrungsmitteln nachzuweisen, sind bald keine Science-Fiction mehr. Ein europäisches Forschungsteam steht mit einem solchen Labor kurz vor dem Durchbruch. OptoLabCard ist ein mit rund drei Millionen Euro finanziertes EU-Projekt, das nicht nur die Gesundheit und das Wohlergehen Millionen europäischer Bürger schützen, sondern in der Therapie gastrointestinaler Krankheiten auch Einsparungen in Milliardenhöhe bringen soll.

Momentan existiert kein einfaches Verfahren zum Nachweis infektiöser Bakterien in der Lieferkette von der Landwirtschaft über die Lebensmittelverarbeitung bis in den Handel. Dies gilt sogar für typische Krankheitserreger in Nahrungsmitteln wie Campylobacter und Salmonellen. Für einen einfachen Test müssen Proben entnommen und ins Labor eingesandt werden, und all das kann Stunden oder sogar Tage dauern.

Das OptoLabCard-Projekt entwickelte einen von zwei weltweit existierenden Prototypen eines tragbaren, anwenderfreundlichen und preisgünstigen Chips zur Probenaufbereitung und Durchführung von DNA-Tests an Bakterien. Der Test mit diesem innovativen Prototyp dauert nicht länger als eine halbe Stunde. Eine derart kurze Testzeit in Verbindung mit geringem Kostenaufwand könnte die Nahrungsmittelsicherheit entscheidend verbessern.

Die Idee für dieses kleine tragbare Gerät, das sich für Tests eignet, die bislang nur in voll ausgestatteten Laboren möglich waren, existiert schon seit geraumer Zeit. Erst im Zuge der Entwicklung mikroelektromechanischer Systeme (MEMS) konnten Sensoren, Flüssigkeitskanäle und optische Komponenten auf so kleinem Raum untergebracht werden.

Im Wesentlichen umfasst der Prototyp eine tragbare Basisstation und eine "Labcard", d.h. ein Steckmodul zur automatischen Durchführung einer Echtzeit-Polymerase-Kettenreaktion, das die Aufbereitung der Probe bis zur optischen Auswertung übernimmt. Die Labcard besteht aus dem lichtempfindlichen Material SU-8 und enthält sämtliche Einwegkomponenten. Standardelektronik und -optik hingegen befinden sich in der Basisstation.

Die Bandbreite an Anwendungen für dieses Gerät ist praktisch unbegrenzt und kann außer in der Nahrungsmittelsicherheit und zum Nachweis von Salmonellen oder Campylobacter auch in vielen anderen Bereiche eingesetzt werden, beispielsweise zum Nachweis anderer Infektionserreger wie Grippeviren beim Menschen, Tuberkulose, Hepatitis, AIDS und in klinischen Proben sogar für Krebs. Dieser Prototyp könnte auch in tragbaren Geräten eingesetzt werden, die Pathogene oder Verunreinigungen in Gewässern nachweisen sollen.

Der OptoLabCard-Prototyp unterscheidet sich von vergleichbaren Geräten vor allem im Hinblick auf den Kostenfaktor. Da fast alle Komponenten aus einem einzigen Material (SU-8) bestehen, ist die Herstellung außerordentlich einfach und kostengünstig.

Der Chip selbst ist austauschbar, während Lesegerät oder Basisstation die erforderliche Elektronik und Optik bereitstellen. Durch die in den Chip integrierte Probenaufbereitung können die Laborabläufe problemlos vor Ort durchgeführt werden.

Das OptoLabCard-Konsortium besteht aus neun staatlichen Forschungseinrichtungen (RES), Industrieunternehmen (IND) und Hochschulen aus sechs EU-Mitgliedstaaten (Dänemark, Schweden, Polen, Österreich, Deutschland und Spanien).

Das eigens gegründete Spin-off-Unternehmen microLIQUID übernimmt den Vertrieb der SU-8-Bauteile, außerdem starteten mehrere Projektpartner vor kurzem das Projekt LabOnFoil, das Folie statt Silizium zur Herstellung der Chips für die Probenaufbereitung und den Nachweis verwendet.