Mikrofluidik-Impedanz-Biosensor-System für die multiplexe und label-freie Vor-Ort-Blutgerinnungsuntersuchung (MiCoaT) 

Ziel dieses Projektes ist die Implementierung eines Mikrofluidik-Impedanz-Biosensors mit Aptameren, der die label-freie Messung mehrerer Blutgerinnungsmarker ermöglicht. Für diesen Zweck werden neue Aptamere für Thrombin, Fibrinogen und Plasmin selektiert und hinsichtlich auf ihrer Selektivität und Sensitivität evaluiert. Um eine hohe Empfindlichkeit zu erreichen und die Probleme mit der Ionenstärke der Probe zu überwinden, werden verschiedene Nanogap-Sensoren mit Multiplex-Mikrofluidik hergestellt und getestet. Hierbei wird der Einfluss des Nanogap-Designs (Abstand, Form, Passivierungsschicht) sowie unterschiedliche Materialien für Elektroden und Mikrofluidik analysiert. Schließlich wird der entwickelte Sensor für multiplexe Vor-Ort-Blutgerinnungstests in relevanten Proben (Vollblut und Plasma) von gesunden Spendern angewendet und mittels Standardtechniken evaluiert. 

In der klinischen Gerinnungsdiagnostik besteht bereits ein großer und dringender Bedarf an tragbaren Geräten zur Bestimmung des Gerinnungsstatus, insbesondere während oder auch nach extrakorporalen Behandlungen (z.B. Herzoperationen oder Dialyse). Ein nicht ausreichendes Monitoring oder ein inakkurates Ergebnis kann zu Blutungskomplikationen oder lebensbedrohlichen Thrombosen führen. Die herkömmlichen Gerinnungsanalysen sind entweder mit langen Analysezeiten verbunden oder erfordern eine Probenvorbereitung, teure Geräte und qualifiziertes Personal. Zudem reichen klinische Befunde, basierend auf einem einzigen Biomarker, oft nicht aus, um eine korrekte Diagnose zu stellen. Daher ist es sehr wünschenswert, verschiedene Biomarker gleichzeitig zu messen. 

Impedimetrische Biosensoren erlauben eine label-freie (und sogar Echtzeit-) Detektion biomolekularer Interaktionen. Diese werden am elektrochemischen System mit Hilfe einer sinusförmigen Spannung bei einer bestimmten Frequenz (oder über einen Frequenzbereich) gemessen. Ihr relativ einfacher Aufbau sowie der hohe Miniaturisierungsgrad favorisieren diese Messmethode für die Entwicklung von tragbaren Sensor-Systemen. Aktuelle impedimetrische Sensoren leiden jedoch hauptsächlich unter dem Einfluss der Ionenstärke der Probe. Aptamere, kurze einzelsträngige Oligonukleotide, können ihre Target-Moleküle (z.B. Proteine) dank ihrer 3D-Struktur mit hoher Spezifizität und Affinität erkennen. Im Gegensatz zu Antikörpern haben sie zahlreiche Vorteile: hohe Stabilität, chemische Synthetisierbarkeit, Sensitivität, Selektivität. Daher werden in diesem Projekt, Aptamere zur Quantifizierung des Gerinnungsstatus entwickelt und evaluiert, um ein Triplex-Aptamer-Panel für die Vor-Ort-Diagnostik zu realisieren. 

Ein erfolgreicher Beweis der Funktionalität eines solchen Mikrofluidik-Impedanz-Biosensors mit Aptameren würde einen Paradigmenwechsel in der Blutgerinnungsdiagnostik bedeuten. Dieses System könne aber auch in anderen Anwendungsfeldern eingesetzt werden und in Zukunft sogar die Langzeitmessung sowie Online-Monitoring von Biomarkern erlauben.