Höchst sensitive nanostrukturierte elektrische Sensoren aus Papier: Kostengünstige und schnelle Erkennung von Proteinbiomarkern

• Antragsteller: Dr. Firat Güder
• Fachliche Zuordnung: Mikrosysteme
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 246476670

Der hier vorgeschlagene Forschungsplan skizziert ein zwei Jahre langes Projekt, das auf die Entwicklung von innovativen Papier basierenden, hochempfindlichen und kostengünstigen Nanosensoren für die Detektion von Proteinbasierten Markern in Vollblut, Plasma oder Serum-Lösungen konzentriert. Der Sensor wird hochgeordnete, sehr lange planare Nanodrähte auf einer Papieroberfläche verwenden, welcher eine Detektion von geringen Mengen von Proteinen in einer Lösung ermöglicht. Die Integration der geordneten planaren Nanostrukturen mit hohem Aspektverhältnis ist bis heute nicht nachgewiesen worden und soll voraussichtlich die Kosten- und Leistungsrechnung (Turnaround-Zeit, Empfindlichkeit und Genauigkeit) der Protein-Assays deutlich verbessern.Die Herstellung von gut kontrollierten Nanostrukturen auf einer unmodifizierten Papieroberfläche ist nicht möglich. Deshalb werden in dieser Forschung die Fragestellungen wie die hohe Porosität und Rauhigkeit betrachtet.Eine neuartige Strukturierungstechnik, nämlich die Inverse Soft Phase Shift Lithographie, wird eingeführt, um Zentimeter lange planare Nanodrähte auf der abgestimmten Papieroberfläche zu erzeugen. Die elektrische Leitfähigkeit der Nanodrähte ist für die auf der begrenzten Geometrie liegenden chemischen Spezies sehr empfindlich. Wenn diese mit den richtigen Reagenzien zur molekularen Erkennung funktionalisiert werden (z.B. handelsübliche Antikörper), ändert die elektrische Leitfähigkeit innerhalb der Nanodrähte in Abhängigkeit der Proteinkonzentration in der Lösung. Somit werden Protein spezifische Antikörper sowie Oberflächenverbindungen zur Oberflächenfunktionalisierung untersucht. Zusätzlich sind zur genauen Überwachung der Sensorsignale (elektrische Leitfähigkeit der Nanodrähte) stabile Kontakte mit geeigneten elektronischen Eigenschaften erforderlich.Zu diesem zweck sollen verschiedene Kontaktarten sowie Herstellungsverfajhren als Teil der geplanten Forschung ausgewertet werden. Nach der Entwicklung des Paper-basierten Nanosensors sollen detaillierte Experimente zur Untersuchung der generierten Nanostruktureigenschaften sowie des gesamten Sensors durchgeführt werden. Zu Demonstrationszwecken soll der Sensor für den Nachweis von Kardial Troponin I (cTnI), was ein wichtiger kardialer Marker für die Herzschädigung ist, verwendet werden. Im letzten Teil des Projektes werde ich einen Handheld-Analyzer Entwickeln und Herstellen, welcher in der Point-of-Care-Diagnostik einfach einzusetzen ist.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Dr. George M. Whitesides