Ein universelles markierungsfreies Sensorsystem basierend auf Aptameren und porösem Silizium

• Antragsteller: Professor Dr. Thomas Scheper
• Fachliche Zuordnung: Analytische Chemie ; Bioverfahrenstechnik
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 263267771

Die schnelle, sensitive und spezifische Detektion verschiedener Analyten ist von wesentlicher Bedeutung für die Qualitätssicherung, die Umweltanalytik und Produktionsprozesse sowie in der Diagnostik. Biosensoren können diese Anforderungen erfüllen. Das Ziel dieses Forschungsprojets ist die Entwicklung und Untersuchung neuartiger markierungsfreier Biosensoren basierend auf Aptameren als Erkennungseinheit und porösem Silizium. Während die Aptamere dem Sensor die notwendige Spezifität verleihen, ermöglicht das poröse Silizium die einfache und markierungsfreie Detektion.In der ersten Projektphase wurde die Anwendbarkeit von Aptamer-modifiziertem porösem Silizium als vielfältig einsetzbare, schnelle und sensitive Detektionsplattform für größere Analyten wie Zellen und Proteine demonstriert und die prinzipielle Anwendbarkeit zur Detektion kleiner Moleküle aufgezeigt. Entsprechende Systeme wurden evaluiert und detailliert charakterisiert. In der zweiten Phase des Projekts werden wir - wie geplant – auf der Basis von Aptamer-modifiziertem porösem Silizium ein multiplexes optisches Sensorsystem für die simultane Detektion verschiedener Analyten entwickeln. Zusätzlich werden wir, um die Sensitivität – insbesondere für die Detektion kleiner Moleküle – zu steigern, Methoden zur Signalverstärkung entwickeln und einsetzen. Dazu werden zwei Strategien verfolgt: (i) Wir werden kompetitive Assays entwickeln, in denen ein zur Targetbindungsstelle des Aptamers komplementäres Oligonukleotid mit dem Analyten um die Bindung am Aptamer konkurriert. Um eine zusätzliche Signalverstärkung zu erzielen wird dabei das Oligonukleotid mit Nanopartikeln modifiziert. (ii) In der zweiten Strategie zur Signalverstärkung wird das poröse Silizium mit fluoreszierenden Nanopartikeln beschichtet. Die Nanopartikel ändern dabei bei der Bindung des Analyten ihre Emission und ermöglichen somit eine bimodale und sensitivere Detektion.Darüber hinaus werden mikrofluidische Systeme integriert, um eine einfache und fehlerfreie Handhabung zu gewährleisten. Der Einsatz von Methoden aus der Microarray Technologie wird ein hohes Maß an Multiplexing ermöglichen und dadurch die simultane Detektion verschiedener Analyten ermöglichen. Diese Systeme werden für die in der ersten Projektphase untersuchten Analysesysteme getestet, der Fokus der zweiten Projektphase wird jedoch auf der Detektion kleiner Moleküle liegen. Als Modelsystem zur Etablierung von Methoden zur Signalverstärkung und Entwicklung von multiplexen Biosensoren werden dazu als hochrelevante Klasse von kleinen Molekülen Antibiotika verwendet. Dennoch werden die entwickelten Methoden auf weitere kleine Moleküle übertragbar sein, wodurch eine vielfältig einsetzbare Plattformtechnologie bereitgestellt wird, welche sich für unterschiedliche Anwendungen von der Umweltanalytik und der Lebensmittelanalyse bis zur Diagnostik einsetzen lässt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Israel
• ausländ. Mitantragstellerin: Professorin Dr. Ester Segal