Multiplex-Überwachung von Antibiotika am Einsatzort durch systemintegrierte elektrochemische Sensoren auf Basis von metallorganischen Frameworks

• Antragsteller: Professor Dr. Sven Ingebrandt
• Fachliche Zuordnung: Mikrosysteme ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Medizinische Physik, Biomedizinische Technik ; Polymermaterialien
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 445865083

Weltweit hat der übermäßige Einsatz von Antibiotika zu schwerwiegenden Kontaminationen der verschiedenen Gewässer und Nahrungsquellen geführt. Probleme im Zusammenhang mit dem unsachgemäßen Einsatz von Antibiotika wie z.B. Antibiotikaresistenzen werden noch kritischer und unkontrollierbarer, wenn verbotene Antibiotika illegal eingesetzt werden. Das hier vorgeschlagene Kooperationsprojekt zielt auf die Entwicklung integrierter und miniaturisierter Sensorsysteme ab, die auf die Echtzeitüberwachung von Spurenkonzentrationen verbotener Antibiotika, z.B. Nitrofuranen und Chloramphenicol und weiterer ‚Reserveantibiotika‘ in Nahrungsmitteln und Wasser optimiert sind. Die geplante Technologieentwicklung in MOFSENS beinhaltet die Entwicklung und Nutzung neuartiger metallorganischer Gerüste (MoF) als hochspezifische Funktionsschichten mit einstellbarer Selektivität und Empfindlichkeit für die Zielanalyte durch nanoskalige Optimierung ihrer Materialeigenschaften. Neuartige, zweidimensionale MoF-Funktionsschichten mit hoher Spezifität für mögliche Antibiotika werden modelliert, hergestellt und ihre analytische Leistung charakterisiert. Optimierte MoF-Funktionsschichten werden dann in multiparametrischen, nanoskaligen elektrochemischen Sensoren integriert. Diese Arbeiten stellen Grundlagenforschungsergebnisse für spätere Sensorentwicklungen bereit. Es sollen in der zweiten Projektphase dann Sensorsysteme für den Point-of-Care Einsatz realisiert werden. Amperometrische und potentiometrische Auslesemechanismen für diese Sensoren werden untersucht und miniaturisierte, tragbare Prototypen mit branchennahen Anforderungen entwickelt. Die Validierung der Sensorleistung der Prototypen wird unter Feldbedingungen durchgeführt und konzentriert sich auf das zukünftige Potenzial für die Integration in Sensornetzwerken in Industrie 4.0 Anwendungen für die Agrar- und Wasserwirtschaft sowie auf mögliche Anwendungen in der personalisierten Medizin.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Indien
• Partnerorganisation: Department of Biotechnology (DBT) ; Ministry of Science and Technology
• Kooperationspartner: Professor Akash Deep, Ph.D.; Dr. Kamlesh Kumar