Neuartiges Point-of-Care-Biosensorsystem für die Frühdiagnose des akuten Myokardinfarkts - Design, Herstellung und Test des Mikrofluidik-Moduls

Abstract

Der akute Myokardinfarkt (AMI) ist eine der Haupttodesursachen in Industrieländern. AMI-CARINA zielt darauf ab, ein Point-of-Care-Testgerät (POCT) zu entwickeln, das auf der Kombination eines digitalen Enzymimmunoassays (DELISA) und eines mikrofluidischen Biosensors mit einem Plasmatrennverfahren basiert und eine hochempfindliche Erkennung von AMI-Biomarkern im Blut ermöglicht. Das Hauptergebnis von AMI-CARINA ist ein hochempfindliches und hochspezifisches DELISA-basiertes POCT-Gerät für die schnelle und zuverlässige Diagnose von AMI, vor allem für Notfallpatienten mit Brustschmerzen. Es besteht aus einem Mehrweg-Lesegerät mit einem hochauflösenden optischen System und einem Detektionsalgorithmus mit künstlicher Intelligenz (KI) sowie einem mikrofluidischen Einweg-Biosensor. Das Ziel des Teilprojektes IKTS bestand darin, ein Mikrofluidik-Modul zur passiven Separation von Blutserumbestandteilen zu entwickeln, zu herstellen und zu testen. Um eine hohe Selektivität des Biosensors zu erreichen, wurde ein passives Filterverfahren, sog. deterministisches laterales Verschiebungs-Array (Deterministic Lateral Displacement, DLD) angewendet. So ist es möglich, Partikel oder Zellen gewünschter Größe und Geometrie herauszufiltern, um einen möglichst störungsfreien Transport von Analyten zum Sensorbereich zu gewährleisten. Die DLD-Methode nutzt die Geometrie von PDMS-Säulen, die die Teilchen von ihrer ursprünglichen Trajektorie in einer speziellen Weise ablenken. Um das Trennprinzip für eine konkrete Anwendung (Partikelgröße) anzuwenden, müssen spezifische Parameter von DLD-Arrays (Säulendurchmesser, horizontaler Säulezu- Säule-Abstand, Spaltabstand, Mitte-zu-Mitte-Entfernung und andere) definiert werden. Für die Entwicklung des Mikrofluidikdesigns wird die Clewin-Software genutzt. Das Sauerstoffplasmaverfahren wird verwendet, um die DLD-Arrays auf einem Sensor-Substrat zu befestigen. Der Bericht stellt die wesentlichen wissenschaftlichen und technischen Ergebnisse aus der Bearbeitung des Teilprojektes des Fraunhofer IKTS dar. Der Bericht bezieht sich auf den Projektzeitraum 01.01.2021 – 31.05.2025.