Feature Stories - Ein revolutionäres tragbares Labor zur schnellen und kostengünstigen Diagnose

Erinnern Sie sich noch an den James-Bond-Film "Casino Royale"? Nachdem er vergiftetet wurde, verwendet der coole Agent ein tragbares Diagnose-Set, um die giftige Substanz zu identifizieren und sein Hauptquartier in London zu alarmieren. Tatsächlich sind diese Technologien heute keine Fiktion mehr. Europäische Forscher haben ein bahnbrechendes Diagnosesystem auf Grundlage von Chipkarten (Labcards) und Hautpflastern in Kombination mit einem tragbaren Lesegerät entwickelt. Die Testresultate können über eine drahtlose Verbindung direkt an einen Remotecomputer, ein Tablet oder ein Smartphone gesendet werden. Dieses kleine Labor kann bereits Kokainkonsum nachweisen, Darmkrebs überwachen, Bakterien in Lebensmitteln identifizieren und Schadstoffe in der Umwelt analysieren. Viele weitere nützliche Anwendungen sind denkbar. In Kürze werden Unternehmen in Spanien, Irland und Dänemark dieses innovative Diagnosesystem vermarkten.

"13 Partner in acht Ländern arbeiteten vier Jahre lang am LABONFOIL-Projekt. Sie vereinten ihre fachliche Kompetenz auf den Gebieten der Mikrotechnik, Molekularbiologie, Werkstoffe und Elektronik, um diese neuartige Technologie zur schnellen und kostengünstigen Diagnostik zu entwickeln. Möglich wurde dies dank Finanzmitteln der Europäischen Union in Höhe von 5,3 Millionen EUR", erklärt Projektkoordinator Dr. Ruano-López, der am baskischen Forschungszentrum IK4-IKERLAN arbeitet.

Das Team konzentrierte sich im Besonderen auf drei Labcards und ein Hautpflaster. Jede dieser Komponenten beinhaltet eine ausgeklügelte elektronische Schaltung und verschiedene chemische Bestandteile, die mit definierten Substanzen reagieren. Die Karten und das Pflaster werden mittels eines tragbaren Lesegeräts analysiert.

Kokainkonsum nachweisen

Mit dem Pflaster zum Kokainnachweis können Drogen im menschlichen Schweiß identifiziert werden. Die Probenahme erfolgt direkt durch die Haut hindurch. Das Pflaster sammelt Daten, die mit Hilfe eines tragbaren Lesegeräts in Echtzeit untersucht oder über einen Zeitraum von 24 Stunden bis zu zehn Tagen zur späteren Analyse gespeichert werden können. Da ungefähr 25 % der tödlichen Verkehrsunfälle in Europa, in den USA und in Australien mit Drogenkonsum zu tun haben, ist beispielsweise die Überwachung von Autofahrern ein durchaus denkbarer Einsatzzweck.

Darmkrebs überwachen

Mit einer der entwickelten Labcards kann Darmkrebs kontrolliert werden. Sie wird zusammen mit ein paar Bluttropfen vom Patienten in das Lesegerät eingeführt. Die Karte kann ein spezielles Protein nachweisen, dessen Wert im Falle des erneuten Auftretens der Erkrankung ansteigt. Die Methode ist nichtinvasiv und gestattet eine engmaschige Nachbeobachtung des Patienten bei gesenkten Kosten.

Bakterien in Lebensmitteln aufspüren

Eine weitere Labcard des Forschungsteams kann Pathogene in Lebensmitteln nachweisen, beispielsweise Infektionserreger wie Bakterien oder Viren. Schwerpunkte dabei sind Campylobacter-Bakterien und Salmonellen, welche für die häufigsten bakteriellen Infektionen in Europa verantwortlich sind. Die Karte könnte in landwirtschaftlichen Betrieben und Lebensmittelverarbeitungsbetrieben zum Einsatz kommen, um die Lebensmittelsicherheit zu gewährleisten und die Verbraucherinnen und Verbraucher zu schützen.

Wasserqualität analysieren

Die Wasserverschmutzungskarte analysiert die Phytoplanktonkonzentration in Meerwasserproben. Übermäßig hohe Konzentrationen dieser mikroskopisch kleinen Algen können für den Menschen möglicherweise schädliche Giftstoffe oder Verschmutzungen anzeigen.

Resultate ohne Umwege verfügbar

Das tragbare Lesegerät ist über ein drahtloses Netzwerk mit Computern, Tablets oder Smartphones zu verbinden. Die von dem Minilabor in einer Geflügelfarm ermittelten Daten könnten etwa von einem Tierarzt sofort und überall auf der Welt kontrolliert werden. Ein Diagnosesystem dieser Art ermöglicht im Fall von Gefahren für die Gesundheit oder Umweltkrisen schnelle Reaktionen, die letztlich Leben retten.

Schon bald auf dem Markt

Die Forscher verwendeten zur Realisierung der Karten und des Pflasters anstelle der traditionellen Wafer Folien, wodurch die Herstellungskosten drastisch reduziert werden konnten. Die Geräte erwiesen sich in umfassenden Validierungstests an mehr als 600 Proben als robust und zuverlässig. Sie stehen nun für den Markteinsatz bereit. "Mit Teamgeist, Engagement und einem konsequenten Ansatz haben wir ein Diagnosesystem von bedeutendem sozialen und ökonomischen Potenzial erschaffen. Die vier von uns entwickelten Anwendungen sind von reellem Wert, denn sie können in verschiedenen Szenarien schneller und kostenwirksamer als jemals zuvor angepasst werden", sagt Dr. Ruano-López.

Die spanische Firma POC MicroSOLUTIONS, ein dank des Projekts von IK4-IKERLAN gegründetes Spin-off-Unternehmen, industrialisiert nun einen der Prototypen. Eine Markteinführung ist 2015 möglich. Das irische Unternehmen Biosensia arbeitet derzeit an der Einbindung neuer Funktionen des LABONFOIL-Pflasters, um eine Industrieversion des Hautpflasters zu erstellen. Unterdessen eröffnet DTU Nanotech in Dänemark ein neues Geschäftsfeld auf dem Gebiet der Technologien zur schnellen Vor-Ort-Prüfung auf Lebensmittelpathogene.

LABONFOIL wurde unter des Siebten Rahmenprogramms der Europäischen Union (RP7) gefördert. Seit dem Projektende im vergangenen Jahr haben die Partner gemeinsam an möglichen neuen Anwendungen weitergearbeitet.

LABONFOIL wurde unter des Siebten Rahmenprogramms der Europäischen Union (RP7) gefördert.

Link zum Projekt auf CORDIS:

- RP7 auf CORDIS
- Projektdatenblatt zu LABONFOIL auf CORDIS

Link zur Projektwebsite:

- Website "Laboratory skin patches and smartcards based on foils and compatible with a smart-phone"

Andere Links:

- Website der Digitalen Agenda der Europäischen Kommission