Lab-on-Chips (LOC) integrieren verschiedene labordiagnostische Verfahren zur Probenaufbereitung und -analyse auf einem Chip und können Patientenproben automatisiert verarbeiten und auswerten. Die Einwegkartuschen sind häufig nicht größer als eine Kreditkarte, deren Geräteplattformen klein und somit optimal für die Diagnose oder Erstversorgung in Arztpraxen oder allgemein für Point-of-Care-Diagnostik. Ergebnisse können dadurch kostengünstiger, schneller und früher als herkömmliche Analysen in einem medizinischen Labor bereitgestellt werden. In KODIAK werden elektronische, optische und fluidische Komponenten und zugehörige Integrationstechniken entwickelt, die die LOC-basierte Point-of-Care-Diagnostik für weitere Anwendungsfälle erschließt.

Das IMMS bringt seine Kompetenzen zu CMOS-integrierten optischen Sensoren in das Projekt ein. Wir erforschen, wie sich die neuen Single-Photon-Avalanche-Dioden (SPADs) unseres Projektpartners X-FAB in hochsensitiven Bildsensoren für Chemilumineszenz-LOC-Assays einsetzen lassen. Wir entwickeln dafür einen Zeilensensor zum Auslesen von Chemilumineszenz in mikrofluidischen Kartuschen. Darüber hinaus werden auch die dazugehörigen Hard- und Softwaremodule entwickelt, um den Sensorchip anwendungsnah zu evaluieren.

Die Entwicklung ist wesentlich davon getrieben, schnelle und kostengünstige Diagnosen für das Zytokin-Freisetzungssyndrom (cytokine release syndrome, CRS) zu ermöglichen und gleichzeitig die Eignung der technischen Projektergebnisse in der medizinischen Anwendung zu demonstrieren. CRS tritt als schwerwiegende Nebenwirkung bei einer Vielzahl von Erkrankungen und Therapien auf, wie z.B. Immunotherapie, Graft-versus-Host-Disease, Sepsis und Infektionserkrankungen wie Covid-19 und endet häufig tödlich. Je nach Studie erleiden beispielsweise zwischen ca. 20 – 45% der in der Onkologie mit CAR-T-Zell-therapierten Patienten ein CRS sowie der Großteil der verstorbenen Corona-Patienten. CRS muss daher schnellstmöglich erkannt und therapiert werden. Derzeitig erfolgt die Diagnostik symptomatisch, also zeitverzögert und unspezifisch, und über Bluttests und somit invasiv, was z.B. ein online-Monitoring ausschließt. Mit den neuen Bildsensoren sollen ernsthafte Krankheitsverläufe früher erkannt, klinische Kapazitäten effektiver genutzt und die medizinische Versorgung von Patienten gestärkt werden.