Abbildung 1: Die Einzelkomponenten der neuen POCT-Plattform wurden von den Partnern des Konsortiums SMARTER-SI auf Basis vorhandener Forschungsergebnisse entwickelt und zusam-mengeführt
Biologische und chemische Analysen an kleinsten Volumina ermöglichen einen ressourcenschonenden und deutlich schnelleren Zugang zu neuen Erkenntnissen in den Lebenswissenschaften. Durch die einhergehende Miniaturisierung werden solche Anwendungen mit automatisierten biologischen Protokollen in mobilen Kleingeräten mit Disposables (POCT) umsetzbar (Abbildung 1). Dies eröffnet zahlreiche neue Möglichkeiten für die Qualitäts- und Sicherheitsüberwachung in z.B. medizinischen, pharmazeutischen Anwendungen oder entlang der Lebensmittelproduktionskette.
Einen Mehrkanal-Messkopf für Untersuchungen an Probenvolumina im Nanoliter-Bereich hat das CiS Forschungsinstitut im Rahmen des Europäischen Forschungsprojektes „SMARTER-SI“ (GA-Nr. 644596) gemeinsam mit internationalen Partnern entwickelt. Das Prinzip beruht auf der Fluoreszenz- und Absorptionsmessung an einem Array aus verschiedenen Enzym-Pixeln. Die nur wenige 100 µm durchmessenden chemisch sensitiven Pixel werden durch ein schaltbares Feld aus parallelen Strahlen analysiert, welches durch die Kombination von LED-Chips, mikrooptischen Linsenarrays und optischen Filtern erzeugt wird (Abbildung 2). Anhand der in Sekundenbruchteilen gemessenen Farbantwort der Enzym-Pixel sind der Nachweis und die Konzentrationsbestimmung verschiedener Substanzen möglich. Im konkreten Fall werden damit verschiedene Allergene (Ei, Milch, Gluten) sowie Toxine, wie Schimmelpilze in Lebens- und Futtermitteln analysiert.
Das technisch offen angelegte Konzept kann jedoch auch auf andere Anwendungen im Bereich der immunoassay-basierten Bioanalyse übertragen werden.
In SMARTER-SI bietet ein Verbund Europäischer Forschungseinrichtungen eine neuartige Fertigungsplattform an, um modernste Mikrosysteme für KMU und Mittelständler in kleinen Stückzahlen möglichst preiswert und ohne langwierigen Entwicklungsaufwand zu fertigen.
Die EU-Komission hat Smarter-SI als eines von vier Referenzprojekten für die Initiative „Smart Anything Everywhere“-Initiative ausgewählt.
SMARTER-SI ist eine Innovation-Aktion und wird gefördert durch die Europäische Kommission im Programm Horizon 2020 (FKZ 644596) sowie durch das Schweizer Staatssekretariat für Bildung, Forschung und Innovation (FKZ 15.0085).
Kooperationpartner sind: Hahn-Schickard (Deutschland), CiS (Deutschland), CSEM (Schweiz), IK4-Ikerlan (Spanien), Swerea IVF (Schweden), UCC-TNI (Irland), IPHT (Deutschland), VDI/VDE-IT (Deutschland) und sieben Unternehmen.
Glossar
POCT: Point-of-Care-Testing, patientennahe Labor-/Sofortdiagnostik
Disposable: Einwegartikel, im Kontext sind Einwegkartuschen gemeint
Pixel: Messpunkt
LED: Lichtemittierende Diode, Leuchtdiode
Immunoassay: Analytischer Nachweis einer Antigen-Antikörper-Bindung
FKZ: Förderkennzeichen
Abbildung 2: 2 x 2 Ausführung einer LED-Beleuchtungsmatrix. Als Träger dient dabei ein Photodiodenarray, mit dem die Lichtstärke jeder einzelnen LED überwacht werden kann. Im weite-ren Aufbau wird dieses LED-Licht mithilfe eines Mikro-Linsenarrays und optischer Filter in spektral definierte, parallele Strahlen geführt
