ElViS - Elektrochemische Virussensoren (Covid-19) basierend auf gedruckten und Langmuir Blodgett zusammengesetzten 2D-Materialien; schnelle, billige, zuverlässige Point-of-Care-Geräte.
Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Ich nahm mein Benjamin-Walter-Stipendium mit an die Northwestern University, wo ich den Electrochemical Virus Sensor (ElViS) entwickelte – eine schnelle, kostengünstige und zuverlässige Biosensor-Plattform zur Viruserkennung, basierend auf gedruckten 2D-Materialien wie Graphen. Angesichts des dringenden globalen Bedarfs an zugänglicher und präziser Diagnostik konzentrierte ich mich auf die Entwicklung eines benutzerfreundlichen Geräts, das direkt am Point-of-Care eingesetzt werden kann, minimale Probenmengen erfordert und keine invasiven Verfahren notwendig macht. Den Anforderungen der Zeit entsprechend wählte ich mehrere Varianten von SARS-CoV-2 als Zielmoleküle. Ich formulierte erfolgreich stabile, graphenbasierte Tinten und verwendete sie zur Herstellung flexibler, siebgedruckter Immunsensoren. Diese Sensoren, die für den Nachweis des SARS-CoV-2-Spike-Proteins im Speichel optimiert wurden, zeigten eine außergewöhnlich hohe Sensitivität und Spezifität bei der Anwendung elektrochemischer Impedanzspektroskopie. Die zentralen Ergebnisse wurden in ACS Applied Materials & Interfaces veröffentlicht, während die weiterreichenden technologischen Implikationen in einer eingeladenen Übersichtsarbeit in Current Opinion in Solid State and Materials Science zusammengefasst wurden. Diese Arbeiten dokumentieren sowohl die Entwicklung des Sensors als auch den übergeordneten Kontext gedruckter Nanomaterialplattformen für die Pandemievorsorge. Das Projekt förderte auch Kooperationen über das Gastlabor hinaus, insbesondere mit Expert:innen auf dem Gebiet der Nanomedizin und implantierbaren Biosensoren, und trug so wesentlich zur Schärfung meiner langfristigen Forschungsvision an der Schnittstelle von 2D-Materialien und biomedizinischen Anwendungen bei. Das ElViS-Projekt bestätigte die Machbarkeit skalierbarer, kostengünstiger Biosensoren auf Basis von 2D-Materialien für die Pandemiebekämpfung – und darüber hinaus. Ich freue mich darauf, ihr Potenzial in der Diagnostik für ein breiteres Gesundheits- und Umweltmonitoring weiter zu erforschen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Aerosol-jet-printed graphene electrochemical immunosensors for rapid and label-free detection of SARS-CoV-2 in saliva. 2D Materials, 9(3), 035016.
Pola, Cícero C.; Rangnekar, Sonal V.; Sheets, Robert; Szydłowska, Beata M.; Downing, Julia R.; Parate, Kshama W.; Wallace, Shay G.; Tsai, Daphne; Hersam, Mark C.; Gomes, Carmen L. & Claussen, Jonathan C.
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All‐Printed Ultrahigh‐Responsivity MoS2 Nanosheet Photodetectors Enabled by Megasonic Exfoliation. Advanced Materials, 34(34).
Kuo, Lidia; Sangwan, Vinod K.; Rangnekar, Sonal V.; Chu, Ting‐Ching; Lam, David; Zhu, Zhehao; Richter, Lee J.; Li, Ruipeng; Szydłowska, Beata M.; Downing, Julia R.; Luijten, Benjamin J.; Lauhon, Lincoln J. & Hersam, Mark C.
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Liquid-Phase Exfoliation of Magnetically and Optoelectronically Active Ruthenium Trichloride Nanosheets. ACS Nano, 16(7), 11315-11324.
Lam, David; Lebedev, Dmitry; Kuo, Lidia; Sangwan, Vinod K.; Szydłowska, Beata M.; Ferraresi, Filippo; Söll, Aljoscha; Sofer, Zdeněk & Hersam, Mark C.
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Understanding the Photoluminescence Quenching of Liquid Exfoliated WS2 Monolayers. The Journal of Physical Chemistry C, 126(51), 21681-21688.
Li, Zhaojun; Rashvand, Farnia; Bretscher, Hope; Szydłowska, Beata M.; Xiao, James; Backes, Claudia & Rao, Akshay
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Electroluminescence from Megasonically Solution-Processed MoS2 Nanosheet Films. ACS Nano, 17(17), 17516-17526.
Rangnekar, Sonal V.; Sangwan, Vinod K.; Jin, Mengru; Khalaj, Maryam; Szydłowska, Beata M.; Dasgupta, Anushka; Kuo, Lidia; Kurtz, Heather E.; Marks, Tobin J. & Hersam, Mark C.
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Highly conductive and long-term stable films from liquid-phase exfoliated platinum diselenide. Journal of Materials Chemistry C, 11(2), 593-599.
Lee, Kangho; Szydłowska, Beata M.; Hartwig, Oliver; Synnatschke, Kevin; Tywoniuk, Bartlomiej; Hartman, Tomáš; Tomašević-Ilić, Tijana; Gabbett, Cian P.; Coleman, Jonathan N.; Sofer, Zdeněk; Spasenović, Marko; Backes, Claudia & Duesberg, Georg S.
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Printed nanomaterial sensor platforms for COVID-19 and future pandemics. Current Opinion in Solid State and Materials Science, 27(6), 101121.
Szydłowska, Beata M.; Cai, Zizhen & Hersam, Mark C.
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Sonication-assisted liquid exfoliation and size-dependent properties of magnetic two-dimensional α-RuCl3. Journal of Physics D: Applied Physics, 56(27), 274001.
Synnatschke, Kevin; Jonak, Martin; Storm, Alexander; Laha, Sourav; Köster, Janis; Petry, Julian; Ott, Steffen; Szydłowska, Beata; Duesberg, Georg S.; Kaiser, Ute; Klingeler, Rüdiger; Lotsch, Bettina V. & Backes, Claudia
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Biolayer-Interferometry-Guided Functionalization of Screen-Printed Graphene for Label-Free Electrochemical Virus Detection. ACS Applied Materials & Interfaces, 16(19), 25169-25180.
Szydlowska, Beata M.; Pola, Cícero C.; Cai, Zizhen; Chaney, Lindsay E.; Hui, Janan; Sheets, Robert; Carpenter, Jeremiah; Dean, Delphine; Claussen, Jonathan C.; Gomes, Carmen L. & Hersam, Mark C.
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Polydiolcitrate–MoS2 Composite for 3D Printing Radio-Opaque, Bioresorbable Vascular Scaffolds. ACS Applied Materials & Interfaces, 16(34), 45422-45432.
Szydlowska, Beata M.; Ding, Yonghui; Moore, Connor; Cai, Zizhen; Torres-Castanedo, Carlos G.; Collins, Caralyn P.; Jones, Evan; Hersam, Mark C.; Sun, Cheng & Ameer, Guillermo A.
