Nanopartikel-Immunassay mit elektrochemischer Detektion

• Antragsteller: Professor Dr. Bernhard Wolfrum
• Fachliche Zuordnung: Mikrosysteme
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 446370753

Ziel dieses Projekts ist die Untersuchung einer neuen chip-basierten analytischen Technik zur schnellen Quantifizierung von Biomolekülen durch elektrochemische Nanopartikeldetektion. Zu diesem Zweck verwenden wir Nanopartikel, welche durch Thiolgruppen mit Aptameren oder Antikörpern funktionalisiert werden. Die so funktionalisierten Partikel ermöglichen eine spezifische Bindung an das Zielmolekül. Das Sensorsystem selbst besteht aus einem Array an einzeln adressierbaren, dicht beieinanderliegenden Elektroden, mit denen sich Nanopartikel fangen und detektieren lassen. Ein Teil der Elektroden (Capture-Elektroden) wird dabei mit Antikörpern bzw. Aptameren funktionalisiert und kann während einer Inkubationsphase die Zielmoleküle aus dem Analyten binden. Nach der Inkubation und Exposition mit funktionalisierten Nanopartikeln werden die Metall-Schwefelbindungen durch Reduktion an den Capture-Elektroden gelöst. Die hierdurch freigesetzten Partikel werden an den anliegenden Detektionselektroden registriert. Dies geschieht durch Oxidation der Silbernanopartikel, welche bei Kontakt mit der Detektionselektrode kurze definierte Strompulse erzeugen. Die Rate der Strompulse hängt vom Massentransport der Nanopartikel zur Detektionselektrode ab und steht daher in direkter Beziehung mit den vorher gefangenen Nanopartikeln was wiederum einen Rückschluss auf die Konzentration der Zielmoleküle im Analyten erlaubt. Durch die Einbettung der Sensoren in ein mikrofluidisches System wird verhindert, dass die zuvor gefangenen Partikel entweichen bevor sie mit der Detektionselektrode reagieren. Insgesamt erlaubt das vorgestellte Konzept eine hochsensitive Quantifizierung von Antigenkonzentrationen basierend auf einem elektronischen Messverfahren. In einem ersten Ansatz werden wir mit diesem Prinzip die Detektion von Insulin in Serum und Blut untersuchen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen