Pandemien bekämpfen Nanoelektronik-Sensoren sollen virale Antigene nachweisen

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Einen Meilenstein im Kampf gegen Pandemien wollen Forscher der TU Dresden erzielt haben: Sie haben nanoelektronische Sensoren entwickelt, die präziser, schneller und auch empfindlicher als bisherige Ansätze sein sollen.

Maßgeschneiderte, leistungsfähige und anpassungsfähige nanoelektronische Sensoren sollen helfen, für künftige Pandemien gewappnet zu sein. Diese Sensoren ermöglichen nicht nur die herkömmliche Diagnose im Verdachtsfall, sondern überwachen auch kontinuierlich die Umgebungsluft in Bussen, Zügen, Schulen oder Gesundheitseinrichtungen. So können beim Auftreten von Viren entsprechende Maßnahmen ergriffen werden.

Seit 2020 arbeiten Forscher der TU Dresden an der Entwicklung miniaturisierter Sensoren für den präzisen und effizienten Nachweis von SARS-CoV-2-Antigenen. Neben dem Team der TU Dresden um Prof. Gianaurelio Cuniberti und Dr. Bergoi Ibarlucea sind Wissenschaftler des Europäischen Laboratoriums für Molekularbiologie (EMBL) in Hamburg, des Leibniz-Instituts für Polymerforschung (IPF) in Dresden und der Pohang University of Science and Technology (POSTECH) in Korea beteiligt.

Schneller Nachweis von Antigenen

In einer ersten Studie beschreiben die Forscher einen Ansatz, mit dem sich die Genauigkeit und Geschwindigkeit beim Nachweis des SARS-CoV-2-Antigens erhöhen lässt. Dabei werden synthetische Nanokörper, so genannte Sybodies, als Rezeptoren in Biosensoren eingesetzt. „Sybodies stellen eine schnelle, nachhaltige und ethisch vertretbare Alternative dar, die im Gegensatz zu herkömmlichen Antikörpern mit tierversuchsfreien Methoden entwickelt und hergestellt wird“, sagt Prof. Gianaurelio Cuniberti, der beide Studien gemeinsam mit Dr. Bergoi Ibarlucea koordiniert hat.

„Ein weiterer entscheidender Vorteil der Verwendung von Sybodies ist ihre geringere Größe im Vergleich zu Antikörpern, so dass die biologischen Erkennungsprozesse viel näher an der Sensoroberfläche stattfinden können, was die Signalstärke erhöht und die Sensoren deutlich schneller und empfindlicher macht“, fügt er hinzu. Erste Tests mit Feldeffekttransistoren auf Basis von Silizium-Nanodrähten, die mit Sybodies modifiziert wurden, sind erfolgreich verlaufen und zeigen das große Anwendungspotenzial dieses Ansatzes.

Video: Coronaviren schnell und zuverlässig nachweisen

Empfindlichkeit der Sensoren erhöhen

In einem weiteren Projekt arbeitet das Team daran, die Empfindlichkeit der Sensoren zu erhöhen, wenn sie in biologischen Flüssigkeiten eingesetzt werden. Solche Proben weisen eine komplexe molekulare Zusammensetzung auf, die den Erfassungsbereich des Sensors stark einschränkt. Um dieses Problem zu lösen, entwickelten die Wissenschaftler eine spezielle Oberflächenmodifikation mit einem Hydrogel auf Basis des dielektrischen Polymers Polyethylenglykol. Damit erfolgen die Messungen direkt im Speichel und anderen Patientenproben, ohne dass die Proben aufwendig und zeitintensiv aufbereitet werden müssen.

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