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Graphenoxidbasierte Sensorplattform ermittelt akute Infektionen

| Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Dank der graphenoxidbasierten Sensorplattform ist es möglich, eine gefährliche Sepsis oder Antikörper gegen das Coronavirus nachzuweisen. Der Befund liegt innerhalb von 15 Minuten vor.

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Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts IZM haben einen Biosensor auf Basis von Graphenoxid entwickelt. Mit ihm lassen sich bakterielle und virale Infektionen in 15 Minuten erkennen.
Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts IZM haben einen Biosensor auf Basis von Graphenoxid entwickelt. Mit ihm lassen sich bakterielle und virale Infektionen in 15 Minuten erkennen.
(Bild: Fraunhofer IZM)

Nur ein Tropfen Blut oder Speicher genügen, um eine Sepsis oder auch Antikörper gegen das Coronavirus zu detektieren. Forscher des Fraunhofer IZM aus Berlin arbeiten seit April 2018 im Projekt Graph-POC an einer graphenoxidbasierten Sensorplattform. Der Tropfen wird auf die Sensoroberfläche gegeben, und binnen weniger Minuten erscheint ein über elektrische Signale vermitteltes Ergebnis – beim Hausarzt vor Ort. Langwierige Laboruntersuchungen des Blutes werden also durch einen Schnelltest ersetzt, der innerhalb von nur 15 Minuten Gewissheit bietet. Eine entsprechende Behandlungsform oder passende Antibiotika könnten anschließend verschrieben werden.

Die Besonderheit der Sensorplattform ist das verwendete Material: Graphenoxid zeichnet sich besonders dadurch aus, dass es ein elektrisch leitfähiges und biokompatibles Material ist und eine besonders zuverlässige Detektion zulässt. In der Mikroelektronik wurde es bisher nur in seiner ursprünglichen 2D-Form verwendet. Die Forschenden des Fraunhofer IZM bringen es jedoch nun in einer 3D-Struktur in Form von Flocken auf. Diese dreidimensionale Form vergrößert die Messfläche und auch die Genauigkeit der Messungen.

Sensorplattform von der Medizin bis zur Umwelttechnik

Manuel Bäuscher, Wissenschaftler am Fraunhofer IZM und Teilprojektleiter des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung BMBF geförderten Projekts Graph-POC, sieht große Perspektiven in den Graphenoxid-Sensoren: „Vom aktuellen medizinischen Bereich können wir uns auch zum sogenannten Point of Need entwickeln, also hin zur Umwelttechnik und der Detektion von Umwelteinflüssen. Erst einmal hat aber natürlich die Corona-Anwendung Priorität.“ Durch die 3D-Anordnung der Graphenoxid-Flocken und die daraus resultierende Empfindlichkeit eröffnen sich auch weitere Anwendungen. So könnten beispielsweise schädliche Gase wie Kohlenstoffmonoxid oder Aceton sogar bei Raumtemperatur erkannt werden.

Für aktuelle Sensoren dieser Art müssen die Gase zunächst erhitzt werden, damit eine Oberflächenreaktion stattfinden kann. Durch die Verbindung der Metalloxide mit der sensitiven Oberfläche des Graphen-Sensors reagiert dieser aber bereits bei niedrigeren Temperaturen.

Um den Herstellungsprozess für die Massenproduktion zu skalieren, nehmen sich die Fraunhofer-Forscher einer weiteren Herausforderung an: Die Beschichtung mit Graphenoxid soll auf Wafer-Ebene passieren, sodass hunderte Chips auf einmal bearbeitet werden können. Bis die Schnelltests für die Anwendung bereit sind, müssen die graphenoxidbasierten Sensoren in einen Kunststoff-Träger eingebettet und die Zuverlässigkeit des Systems getestet werden.

Regulär läuft das Projekt zwar bis zum Frühling 2021 in Hinblick auf die Detektion von Infektionen, jedoch rechnen die Forscher damit, dass eine Verifizierung des Sensors mit Bezug auf das Coronavirus erst in einem Jahr stattfinden kann.

Beteiligte Projektpartner sind die Charité, Aptarion Biotech, die Technische Universität Berlin, MicroDiscovery und alpha-board. Gefördert wird das Projekt vom Bundesministerium für Bildung und Forschung BMBF.

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