FASPEC

Faserbasierte Planarantennen für Biosensorik und Diagnostik

Nanophotonik-basierte In-vitro-Diagnostik zur Früherkennung von Sepsis

Jedes Jahr leiden schätzungsweise 75.000 Patienten in Deutschland an einer schweren Sepsis. Sepsis stellt die erste Todesursache in nicht-koronaren Intensivstationen dar und die Mortalität bei Patienten mit schwerer Sepsis beträgt 52% [Minerva Anestesiol. 71, 364 (2005)].

Die Früherkennung ist eine wichtige Voraussetzung für die erfolgreiche Sepsis-Behandlung. Die Herausforderung liegt bei den Diagnosetests: Sie sind nicht ausreichend empfindlich oder spezifisch für frühe Infektionen. Die Fähigkeit, rechtzeitig kritische Daten für Entscheidungsträger zu liefern, macht deshalb leistungsstarke Diagnosewerkzeuge zu einer zukünftigen Schlüsselkomponente des Gesundheitssystems.

Obwohl fluoreszenzbasierte Ansätze weit verbreitet sind, ist die konventionelle Ausleseoptik sperrig und weder flexibel noch empfindlich. Nanophotonik-basierte Sensorik verspricht auf den Vorteilen der optischen Sensoren aufzubauen, ihre Einschränkungen zu überwinden und höhere Empfindlichkeit sowie leichtere Integration in kostengünstigere Geräte und Einwegeinheiten zu ermöglichen.

Das Projekt adressiert mehrere Ziele des PhotonicSensing Calls. Zunächst zielt es darauf ab, eine neuere photonische Erfindung in eine Plattform für die In-vitro-Diagnostik zu überführen und trägt so zur schnellen Entwicklung und Implementierung neuartiger photonischer Sensing-Technologien bei. Zweitens wird das Projekt auf eine große Herausforderung des Gesundheitssystems ausgerichtet sein – die Diagnose von Sepsis – die sich speziell auf den Bereich 3.5 des Call (Medical Applications) bezieht.

In Biochips integrierte planare Antennen-Technologie verbessert SepsisTests

Die Projektpartner haben bereits mit einer neuen optischen Antenne demonstriert, wie die Sammlungseffizienz der Fluoreszenz von einzelnen Molekülen weitgehend verbessert werden kann (Bild 2). Das Projekt zielt darauf ab, diese Erkenntnisse in einen fluoreszenzbasierten molekularen Assay für die In-vitro-Diagnostik zu überführen und fluidische und optische Auslesefunktionalitäten in eine kostengünstige Einwegeinheit zu integrieren.

Die Einwegheit wird mit einer automatisierten Plattform gekoppelt sein. Die zentrale photonische Innovation des Projektes ist es, die Bulk-Optik durch einen entsprechend gestalteten photonischen Chip zu ersetzen. Dieser leitet die Fluoreszenz zum Sensorkopf und erhöht so die Erfassungsgrenzen der Fluoreszenz um Größenordnungen. So können Verstärkungsschritte, die Fehler erzeugen und die Auslesezeit erhöhen, reduziert bzw. eliminiert werden. Die Bioassays und die Plattform-Validierung konzentrieren sich auf die Sepsis-Diagnose.

Der photonische Chip wird mit biologischen Erkennungselementen für ausgewählte Zielmoleküle, z. B. Proteine und microRNA, funktionalisiert. Die große Sensitivität des Chips kombiniert mit einem kompakten und kostengünstigen Gerät wird neue, wertvolle Instrumente zur Diagnose von Sepsis zur Verfügung stellen.

Projektdetails

Koordinator

Prof. Dr.Mario Agio
Universität Siegen, Fakultät IV, Department Physik, Laboratory of Nano-Optics
Walter-Flex-Straße 3, 57072Siegen
+49 271 740-3532

Projektvolumen

ca. 568.000 EUR (Förderquote 57,2%)

Projektdauer

01.04.2018 - 03.03.2021

Projektpartner

Universität Siegen, Fakultät IV, Department Physik, Laboratory of Nano-OpticsSiegen
Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS)Dresden
GeSIM Gesellschaft für Silizium-Mikrosysteme mbHGroßerkmannsdorf
Institute of Applied OpticsSesto Fiorentino
National Institute of OpticsSesto Fiorentino
Cecci slrFlorenz