Ein Mikroringresonator als DEP-Elektrode: Biopartikelwechselwirkungen und Integration in die Biosensorik

• Antragsteller: Dr. Anders Henriksson
• Fachliche Zuordnung: Mikrosysteme ; Biomedizinische Systemtechnik
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 404251289

In der heutigen Bioanalytik gewinnen fachübergreifende Methoden immer mehr an Bedeutung. Moderne Mikroelektronik ermöglicht durch zunehmende Miniaturisierung und Digitalisierung eine effektive Integration von labelfreien, automatisierten Sensoren mit hochspezifischen molekularen Wechselwirkungen.Im beantragten Projekt werden photonische Mikroringresonator-Sensorik und Dielektrophorese (DEP) auf einem einzelnen Mikrochip vereint und mit innovativer Click-basierter Oberflächenchemie kombiniert, um molekulare Wechselwirkungen und Masseübertragungen zu überwachen und zu kontrollieren.Innovative leitende Mikroringresonatoren mit anhaltenden optischen Eigenschaften und einem Durchmesser in der Größenordnung von gerade einmal 10 µm Durchmesser werden als DEP-Elektrode verwendet, welche die gewünschten Biopartikel direkt auf die Sensoroberfläche fokussieren. Verwirklicht wird dies durch eine einzigartige interdisziplinäre Zusammenarbeit der TU Berlin Bioverfahrenstechnik (BVT) und des IHP, welche eine an biologische Systeme angepasste professionelle Produktion von Halbleitertechnologien ermöglicht.Das vorgeschlagene tragbare Gerät könnte derzeitige durch molekulare Diffusion hervorgerufene Beschränkungen der Biosensorik umgehen und so schnellere Messungen mit bisher unerreichter Sensitivität erlauben.Mikroringresonanz-Sensorik erlaubt zudem die Verfolgung zugrundeliegender Wechselwirkungen freier Biopartikel mit dem elektrischen Feld und das Ermitteln ihrer dielektrischen Eigenschaften. Durch Anregen des Silizium-Mikroringes mit TE und TM Polarisation können außerdem Strukturveränderungen der immobilisierten Probenmoleküle wie induzierte Konformationsänderungen oder Strecken und Beugen des Monolayers aufgezeichnet werden.Die Fähigkeit, Biopartikel auf einem festen Punkt auf einer Elektrode zu fokussieren, wird weiterhin zur Erforschung und Optimierung fortschrittlicher Strategien zur Oberflächenfunktionalisierung und zur gezielten Immobilisierung von Biopartikeln angewandt. Das Ziel des Projekts besteht nicht nur in der Entwicklung eines neuartigen Sensors mit außerordentlicher Sensitivität, sondern vor allem im Legen eines soliden Fundaments, das sowohl in praktischer als auch theoretischer Hinsicht die zukünftige Integration von Dielektrophorese in der Biosensorik vereinfacht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortliche: Professor Mario Birkholz, Ph.D.; Professor Dr. Peter Neubauer