In der Gesundheitsforschung ist es für effektive Entwicklungsprozesse im Bereich Diagnostik und Pharmazie notwendig, verschiedene Biomarker der zu untersuchenden Biomoleküle per Multiplexing-Technologien zu bestimmen. Dazu sollen Wechselwirkungsprozesse der Molekülgruppen untereinander mit parallel ablaufenden Messungen untersucht werden.

Mit Hilfe von funktionalisierten Kohlenstoffnanomembranen auf Graphen-Feldeffekttransistoren (GraFET) und mit einer elektronischen Schaltung zum Messen und Auswerten ist es möglich, diese biologischen Wechselwirkungen zu bestimmen. Vervielfacht man diese GraFETs mit verschiedenen Funktionalisierungsschichten, lassen sich die kinetischen Bindungsenergien unterschiedlicher Biomarker parallel per Multiplexing bestimmen. Die Messung wird somit skalierbar und kann einen späteren preiswerten Geräteaufbau ermöglichen.

Forschungsaufgaben der Projektpartner

Für das Multiplex-System wird das IPHT Jena miniaturisierte Sensorarrays entwickeln und die FSU Jena hochsensitives Graphen mit Kohlenstoffnanomembranen. Das IMMS wird die elektronischen hochparallelisierten Auslesemethoden und Elektroniken erarbeiten und das FZMB die Möglichkeiten erforschen, um die markierungsfreie Anbindung von Wirkstoffen und Substanzen in komplexen biologischen Matrices nachzuweisen.

Messelektronik des IMMS

Durch die Bindung von Biomarkern auf der Oberfläche des GraFET reichern sich dort Ladungsträger an. Diese Variation korreliert mit der Veränderung des Ladungsneutralitätspunkts (CNP) des GraFET. Hierfür wird das IMMS eine Messelektronik entwickeln, aufbauen und charakterisieren, welche den CNP mehrerer GraFETs parallel bestimmt. Mit einem automatisierten Versuchsaufbau wird anschließend das Auslesen eines bis zu 100-fachen GraFET-Arrays in Echtzeit auf einem PC visualisiert werden.

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