Polymer-modifizierte Papiere - Vermeidung von Sensitivitätsverlusten in papierbasierten analytischen Verfahren.
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Papier ist ein idealer Kandidat für die Entwicklung neuer Einweg-Diagnosegeräte, da es ein kostengünstiges Material ist, den Transport der Flüssigkeit auf dem Gerät durch Kapillarwirkung ermöglicht und umweltfreundlich ist. Die kolorimetrische Analyse wird heute meist als Nachweismethode für Schnelltests (Teststreifen oder Lateral-Flow-Geräte) verwendet, liefert aber in der Regel nur qualitative Ergebnisse und ist durch eine relativ hohe Nachweisgrenze begrenzt. In diesem Projekt konzentrieren wir uns auf einige schwerwiegende Einschränkungen, die den derzeitigen papierbasierten Diagnosegeräten gemeinsam sind und die zu einer drastischen Verringerung der Empfindlichkeit der Geräte führen. In 3 Projektteilen haben wir uns zunächst auf das Verständnis und die Vermeidung von Analytverlusten durch unspezifische Adsorption von z.B. (Modell-)Proteinen an die Papierfasern im Porenraum des Papierbogens während des Kapillartransports konzentriert. Wir können zeigen, dass eine Modifikation der Papierfasern mit einer homogenen dünnen Beschichtung aus vernetzten Polymerhydrogelen die unspezifische Proteinadsorption umgehen kann. In einem weiteren Teil der Arbeit zeigen wir, dass man durch die Steuerung der Quellung der Fasern während der Imprägnierung mit den Hydrogel-Vorläuferpolymeren in der Lage ist, zu definieren, wie sich das Hydrogel um die Fasern legt und wie homogen die endgültige Bedeckung der Faser mit dem Hydrogel ausfällt. In einem letzten Teil konzentrierten wir uns auf das Verständnis einer Fluoreszenzauslesung in papierbasierten LFDs. Hier können wir zeigen, dass die papierbasierte Fluoreszenzanalyse eine bessere optische Auslesung ermöglicht als die von Nitrocellulose, die derzeit das Material der Wahl bei kolorimetrischen Tests ist. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass mit fluoreszenzbasierten Assays hochempfindliche und reproduzierbare Geräte auf Papierbasis hergestellt werden können, die eine attraktive Alternative zu kommerziellen kolorimetrischen Assays darstellen. Entscheidend ist dabei, dass (a) die unspezifische Adsorption der nachzuweisenden Biomoleküle verhindert wird, z. B. durch Beschichtung der Fasern mit einem oberflächengebundenen Hydrogel, und (b) die Papiersorte und papiereigene Parameter wie das Flächengewicht sorgfältig für die jeweilige Fragestellung ausgewählt werden. Alle drei Teile wurden bisher in separaten Manuskripten in wissenschaftlichen Fachzeitschriften mit Peer-Review veröffentlicht.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Accessibility of fiber surface sites for polymeric additives determines dry and wet tensile strength of paper sheets. Cellulose, 28(9), 5775-5791.
Schäfer, J.-L.; Schölch, S.; Prucker, O.; Brandstetter, T.; Rühe, J.; Stockert, A. Ritter v.; Meckel, T. & Biesalski, M.
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Reducing Unspecific Protein Adsorption in Microfluidic Papers Using Fiber-Attached Polymer Hydrogels. Sensors, 21(19), 6348.
von Stockert, Alexander Ritter; Luongo, Anna; Langhans, Markus; Brandstetter, Thomas; Rühe, Jürgen; Meckel, Tobias & Biesalski, Markus
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Controlling Fluorescent Readout in Paper-based Analytical Devices. ACS Biomaterials Science & Engineering, 9(11), 6379-6389.
Luongo, Anna; von Stockert, Alexander Ritter; Scherag, Frank D.; Brandstetter, Thomas; Biesalski, Markus & Rühe, Jürgen
