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Projekt
APTERA II - Electromagnetische mm- und THz-Sensoren zur Detektion der Afrikanischen Trypanosomiasis mit Hilfe von RNA-Aptameren derivatisierten Oberflächen
Fachliche Zuordnung
Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
Biochemie
Biochemie
Förderung
Förderung von 2015 bis 2022
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 272601967
Intendiertes Ziel des kollaborativen Forschungsprojekts ist die Entwicklung eines elektromagnetischen (EM) Sensors zur Detektion von afrikanischen Trypanosomen. Trypanosomen sind einzellige Organismen, die für eine parasitäre Erkrankung verantwortlich zeichnen, die als afrikanische Trypanosomiasis bzw. als afrikanische Schlafkrankheit bezeichnet wird. Unbehandelt führt die Schlafkrankheit zum Tode, so dass die zeitlich frühe Detektion von Parasiten im Blut und/oder der Cerebrospinal-Flüssigkeit von infizierten Personen essentiell ist. Wie initial vorgeschlagen arbeiten die EM-Sensoren im mm- und THz-Frequenzbereich und um eine Bindung der Parasiten an die sensorische Oberfläche zu erreichen, sind diese mit kovalent gebundenen Aptameren funktionalisiert. Aptamere sind synthetische, biomolekulare Affinitätsreagenzien, die im vorliegenden Falle die Fähigkeit haben die Oberfläche der Parasitenzellen mit hoher Spezifität und hoher Affinität zu binden. In der ersten Antragsperiode ist es uns gelungen die generelle Anwendbarkeit des Aptasensor-Konzepts zu demonstrieren. Für die zweite Förderperiode schlagen wir vor, auf Basis der generierten Daten und Erkenntnisse die nächsten Schritte hin zu eine ersten diagnostischen Musteranwendung zu vollführen. Konkret beabsichtigen wir die Sensitivität der EM-Oberfläche zu erhöhen, um das Detektionslimit zu erniedrigen, speziell um besonders niedrige Parasitenzahlen zu messen. Zudem beabsichtigen wir unser Detektionsprinzip auf "Nassbedingungen" aufzuweiten, insbesondere um echte biologische Proben i.e. Blut- oder Serumproben von infizierten Probanden messen zu können. Zur Messung wässriger Proben entwickeln und vergleichen wir spoof plasmonische Strukturen und spezielle gekoppelte Resonatorsysteme um einerseits die Sensitivität zu steigern und andererseits auch bei starken dielektrischen Verlusten im Wasser messen zu können. Auch intendieren wir eine Optimierung der Aptamerschicht durch die Synthese von z.B. dimeren und trimeren Aptamer-Arrangements zu erreichen, da erhöhte Schichtstärken einfacher messbare EM-Signale erzielen sollten. Gleichzeitig schlagen wir die Synthese von Aptamer/nanobody-Hybridschichten vor, um die Detektionsgrenze möglicherweise noch weiter nach unten zu verschieben. Der vorliegende Projektantrag enthält alle notwendigen Schritte die Machbarkeit des EM-Aptasensor-Konzepts zu demonstrieren und bildet damit die Grundlage, einen ersten Prototypen zur schnellen, billigen und robusten Detektion afrikanischer Trypanosomen zu liefern. Die Konstruktion eines ersten integrierten chips, der neben dem Aptasensor alle notwendigen elektronischen Schaltkreise zur Signal-Generierung und Signaldetektion enthält ist als kooperatives Projekt zusammen mit Prof. Kissinger geplant.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
