Das Fraunhofer-Institut für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme IMS hat zusammen mit seinem Partner den Zuschlag für das Projekt InfektoFlex [1] im Rahmen des Programms ZukunftBIO.NRW erhalten. Von April 2023 bis Mai 2025 soll in diesem Projekt eine modulare und schnell anpassbare Plattform für die Diagnose von gefährlichen Krankheitserregern zur Verbesserung der Pandemievorsorge und -reaktionsfähigkeit weiterentwickelt werden. Zu diesem Zweck werden künstlich hergestellte Erkennungsstrukturen, sogenannte Clickmere, als Bestimmungsstoffe mit Kohlenstoffnanoröhren als optischen Sensoren kombiniert. Die diagnostische Funktionalität kann so validiert sowie die Übertragbarkeit auf mehrere relevanten Erreger demonstriert werden. Die benötigte Expertise und die Technologieentwicklung werden in diesem Projekt durch das Unternehmen ClickmerSystems GmbH und durch das Fraunhofer IMS abgedeckt, sodass am Ende des Projektes eine marktnahe Lösung zu erwarten ist.

Virale und bakterielle Infektionen sind eine der häufigsten Todesursachen der Welt. Die Corona-Pandemie hat uns gezeigt, wie wichtig es für eine Gesellschaft sein kann, auf neue Infektionskrankheiten vorbereitet zu sein und diese schnell zu identifizieren. Das Projekt InfektoFlex zielt darauf ab, einen neuartigen Proben-Test (sog. Assay-Test) zu entwickeln, welcher schnell und effektiv neue Krankheitserreger identifizieren kann. Es soll zusätzlich eine Plattform zur Testung viraler und bakterieller Erreger entwickelt werden, die flexibel und zeiteffizient auf neue Erreger anpassbar ist. Die Plattform soll außerdem keine Antikörper benötigen, welche sonst zeitaufwendig und auch noch in Tieren hergestellt werden müssten. Dies wird durch die Kopplung der Clickmere an hochsensitive optische Nanosensoren realisiert. Die Clickmere lassen sich über einen wiederholbaren und evolutiven Auswahlprozess herstellen und können flexibel an neue Erreger wie auch an neue evolutionär bedingte Resistenzen angepasst werden. Das Fraunhofer IMS stellt dabei mit biochemischen Verfahren aus Kohlenstoffnanoröhren diese optischen Sensoren für die Erkennung der Moleküle her. Die Kohlenstoffnanoröhren leuchten im nahen Infrarot, was für biomedizinische Anwendungen ein entscheidender Vorteil ist, da es hier wesentlich weniger Hintergrundsignale als im sichtbaren Infrarot gibt und damit das Signal-Rausch-Verhältnis enorm erhöht wird. Die Nanoröhren sind chemisch vielseitig modifizierbar, sodass verschiedenste Erkennungsstrukturen an ihnen angebracht werden können. Bindet zum Beispiel ein Virusprotein an eine solche Struktur an, kommt es zu Veränderungen des Fluoreszenzsignals.

Der Komplex aus Clickmer und optischem Nanosensor ersetzt die Nutzung gelabelter Antikörper, wie sie bei ELISA (Enzyme-linked Immunosorbent Assay, ein anderes Nachweisverfahren) oder viralen Schnelltests verwendet werden. Damit werden einerseits die Kosten gesenkt, die Anpassungsgeschwindigkeit und Reproduzierbarkeit erhöht und andererseits wichtige Nachhaltigkeitsaspekte, wie Tierschutz oder die Einsparung von Ressourcen, adressiert.

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Zur Presseinformation des Ministeriums: ZukunftBIO.NRW: Land fördert biotechnologische Innovationen aus Nordrhein-Westfalen mit etwa 9 Millionen Euro | Wirtschaft NRW

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Mit intelligenten Sensorsystemen eine sichere und nachhaltige Zukunft gestalten: In zahlreichen hochmodernen Forschungslaboren arbeitet das Fraunhofer IMS mit über 250 talentierten wissenschaftlichen Mitarbeitenden und Studierenden an innovativen mikroelektronischen Lösungen. Als zuverlässiger Forschungs- und Entwicklungspartner für die Industrie verfolgt das Institut das Ziel, maßgeschneiderte Sensorik für Ihre spezifischen Anforderungen in den Bereichen biomedizinische Sensoren, optische Systeme, Open Source Halbleiter, eingebettete KI, Technologieservices und sogar Quantentechnologie zu entwickeln. Die Teams in den vier Geschäftsbereichen – Health, Industry, Mobility sowie Space and Security – engagieren sich dabei für die Umsetzung hervorragender und vielseitig einsetzbarer Mikroelektronik in all Ihren Projekten. Diese Lösungen zeichnen sich zum Beispiel durch eine hohe Integrationsfähigkeit, enorme Energieeffizienz und zuverlässige Funktionalität auch unter rauen Bedingungen aus.

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[1] InfektoFlex wird gefördert unter dem Kennzeichen IN-1-10B im Rahmen von ZukunftBIO.NRW vom Bundesministerium für Wirtschaft, Industrie, Klimaschutz und Energie des Landes Nordrhein-Westfalen.