Der Blätterkatalog benötigt Javascript.
Bitte aktivieren Sie Javascript in Ihren Browser-Einstellungen.
The Blätterkatalog requires Javascript.
Please activate Javascript in your browser settings.
30 02 2021 www medicaldesign news Messtechnik Sensorik CMOS-Biochips im Vergleich zu Laboruntersuchungen sind Im Fall von PSA-Messungen sehen die Vorgaben der »Richtlinie der Bundesärztekammer zur Qualitätssicherung laboratoriumsmedizinischer Untersuchungen Rili-BÄK« neben einer Nachweisgrenze von 0 2 ng ml auch einen Messbereich bis zu 50 ng ml vor sowie für sichere Aussagen einen Variationskoeffizienten von maximal 15 5 Prozent Das IMMS hat im Projekt »INSPECT« Akronym für Mikroelektronische Diagnostikplattformen für die personalisierte Krebsforschung und Mikro-Bioreaktoren ein Photometer in Form eines mobilen Lesegeräts mit einem auswechselbaren optoelektronischen CMOS-Biochip erarbeitet und als Demonstrator aufgebaut ■ Mikroelektronikbasierter Demonstrator Statt der bislang in einigen PoC-Geräten genutzten Teststreifen mit Kamerabasierter Auswertung wird eine Probe direkt auf den Mikroelektronik-Chip gegeben und die biochemische Reaktion ohne Abstände zwischen Probe und Lichtdetektor gemessen Der Projektpartner Senova nahm die biochemische Funktionalisierung der ChipOberflächen mit immobilisierten Antikörpern für PSA vor und führte Messungen mit Proben unterschiedlicher PSA-Konzentrationen mit dem Prototyp durch Liegt PSA in der Probe vor wird es mit biochemischen Reaktionen nachgewiesen die je nach Konzentration die Probe unterschiedlich stark einfärben und als Helligkeitsunterschiede optoelektronisch gemessen werden Senova und IMMS ist es damit erstmals gelungen PSA auf einem CMOS-Biochip mit einer Detektionsgrenze von 0 1 ng ml quantitativ nachzuweisen Die Messungen erfüllen die für klinische PSA-Tests gemäß Rili-BÄK erforderlichen Vorgaben Der Test mit dem CMOS-Biochip-System benötigt insgesamt 14 Minuten die Ergebnisse werden digital bereitgestellt und können direkt über ein an das Gerät angeschlossenen PC weiterverarbeitet werden Zum Vergleich Mit Messungen an im Projekt für Referenzzwecke entwickelten PSA-Streifentests mit einem PoCLesegerät konnten die Rili-BÄK-Vorgaben nicht erreicht werden ■ PSA-Immunassay auf Mikroelektronik-Chip Das biotechnologische Prinzip des neuen Testsystems ist vergleichbar mit dem von Lateral-Flow-Tests also von gängigen Teststreifen Mit einer AntikörperAntigen-Wechselwirkung werden gezielt Analyten in einer Probe nachgewiesen Das heißt bei Prostatakrebs das PSA Für den Mikroelektronikbasierten Nachweis werden primäre Antikörper für PSA antihuman PSA antibody die sonst als Fängermoleküle auf Teststreifen aufgebracht werden auf der Chip-Oberfläche aufrecht fixiert Sie fangen PSA ein sofern es in einer Probe enthalten ist Für den Nachweis werden auch sekundäre Antikörper für PSA auf den Chip gegeben die mit dem Meerrettich-Peroxidase-Enzym HRP markiert sind und ebenfalls am PSA andocken Dieses Sandwich aus primären Antikörpern PSA sekundären Antikörpern und HRP ist noch unsichtbar Die markierten sekundären Antikörper die nicht an die Oberfläche gebunden sind werden mit einer Waschlösung weggespült Im nächsten Schritt wird farblose Tetramethylbenzidin-Substrat-Lösung TMB hinzugefügt die mit dem HRP reagiert und die unsichtbaren AntikörperAntigen-Komplexe nach sechs Minuten durch einen blauen Farbumschlag sichtbar macht Das verändert die optische Dichte die mit dem Chip detektiert und ausgewertet wird Hierfür wird zuerst die Lichtintensität vor der Reaktion gemessen und danach wie stark das Licht durch die Farbmenge gedämpft wird Der gesamte Prozess ist in Bild 1 dargestellt Für die optische Anregung und die Auswertung der Signale des Mikroelektronik-Chips hat das IMMS ein mobiles lichtdicht verschlossenes Lesegerät entwickelt das per USB-Kabel an einen PC angeschlossen ist Dort lässt sich mit der am IMMS realisierten Software der Test steuern die Daten werden angezeigt und weiterverarbeitet Die Probe wird in die Reaktionskammer direkt auf den Chip gegeben der auf einer kleinen Platine als Steckmodul Cartridge aufgebaut ist Die Cartridge wird in das Gerät unter die Beleuchtungseinheit eingesteckt Eine LED erzeugt in einem festen Abstand zum Chip homogenes Licht das mit konstanter Intensität während der Reaktion die Probe ausleuchtet Das Lesegerät wurde zunächst mit einem bereits vorliegenden Chip betrieben um Anforderungen und Randbedingungen für das Gesamtsystem und eine neu zu entwickelnde applikationsspezifische integrierte Schaltung ASIC abzuleiten Der vorliegende Chip war ursprünglich für den Nachweis von Infektionskrankheiten und damit für andere Anwendungen entwickelt worden Er beinhaltet eine Matrix aus 6 × 7 Photodioden Bild 2 links und ist damit für Forschungszwecke relativ groß gehalBild Senova IMMS Bild 1 Grundprinzip für den quantitativen Nachweis des Analyten PSA mithilfe von immobilisierten primären Antikörpern mit HRP markierten sekundären Antikörpern und TetramethylbenzidinSubstrat-Lösung TMB Die HRP-TMB-Reaktion verändert durch einen Farbumschlag die Lichtintensität die mit dem Chip gemessen wird Bild 2 Der optoelektronische CMOS-Biochip links lässt sich dank der Cartridge-Lösung Mitte auswechseln und im Photometeraufbau rechts für Messungen nutzen