Chipentwicklung des IMMS für Point-of-Care-Geräte der Medizintechnik-Industrie

Je frühzeitiger und zuverlässiger Krebs- und Herzerkrankungen diagnostiziert werden können, desto höher sind die Chancen für erfolgreiche Therapien. Von 2011 bis 2016 wurde jeder vierte Todesfall in der EU von diesen Erkrankungen verursacht. Vor diesem Hintergrund sind neue und effiziente Methoden in der Früherkennung notwendig. Um diese Methoden voranzubringen, hat das IMMS im Verbundprojekt MEDIKIT an einem Chip für ein portables modulares Analysesystem für die quantitative personalisierte Diagnostik von Gesellschaftskrankheiten gearbeitet. Ziel ist ein Point-of-Care-Gerät, das Biomarker in kürzester Zeit detektiert und direkt beim Arzt betrieben werden kann ohne weitere Reagenzien, Geräte oder Materialien. Die Grundlage bildeten die molekularbiologischen und immunologischen Assays zur Detektion verschiedener Biomarker, an denen die Projektpartner Senova und Oncgnostics arbeiteten.

Lock-In-Imager für die zeitaufgelöste Fluoreszenzbildgebung mit Europium

In der In-vitro-Diagnostik werden Zielanalyten zunehmend mit Fluoreszenzfarbstoffen markiert, da sie sich leicht von Hintergrund- und Störsignalen unterscheiden lassen. Das IMMS hat im Projekt MEDIKIT einen Lock-In-Imager-Chip für die zeitaufgelöste Fluoreszenzbildgebung mit Europium entwickelt und in eine Beispielapplikation zum digitalen Auslesen von Streifentests integriert. Diese auch Lateral-Flow-Assays (LFA) genannten Tests spielen eine wichtige Rolle für die In-vitro-Diagnostik. Sie sind kostengünstig, einfach zu handhaben und daher prädestiniert für die dezentrale und zeitkritische Diagnostik. Sie sind u.a. als Schwangerschafts- oder COVID-19-Schnelltests weit verbreitet, um qualitative Aussagen (positiv oder negativ) treffen zu können. Für viele diagnostische Fragen werden jedoch quantitative Aussagen zu Konzentrationen und Verhältnissen benötigt. Gängige LFA-Reader-Kombinationen mit klassischen Farbstoffpartikeln wie Gold sind dafür nicht empfindlich genug. Neue LFA-Reader-Kombinationen mit Europium-Markern bieten weitaus höhere Ausleseempfindlichkeiten, die durch den Imager unterstützt werden. Durch dessen Lock-In-Prinzip können aufwändige optische Filter eingespart werden.

Das Europium, im Demonstrator auf einem Streifentest, wird durch eine Lichtquelle optisch angeregt und emittiert Photonen, die von dem Chip detektiert werden. Bei der zeitaufgelösten Fluoreszenzmessung wird diese Emission gemessen, nachdem das Anregungslicht abgeklungen ist und wird über mehrere Beleuchtungszyklen akkumuliert. Dadurch lassen sich selbst sehr schwache Fluoreszenzen quantitativ erfassen und somit höhere Empfindlichkeiten des Sensors erreichen.

Für den Test und die Charakterisierung des entwickelten Lock-In-Imager-Chips wurden die modularen und mobilen Testsysteme des IMMS eingesetzt und weiterentwickelt.