Implantierte Biosensoren Blutanalyse direkt im Körper des Patienten

Messaufbau zur Aufnahme von Emissionsspektren von mikroskopischen Halbleitersensorstrukturen
Messaufbau zur Aufnahme von Emissionsspektren von mikroskopischen Halbleitersensorstrukturen

Forscher der Uni Ulm arbeiten derzeit an neuartigen Biosensoren, die – quasi als smartes »Mini-Labor« fungierend – Blutproben bereits im Körper des Patienten analysieren können. Die halbleiterbasierten Sensorsysteme kommen ohne elektrische Kontakte aus und werden rein optisch ausgelesen.

Bislang werden Blutproben – nach einem spürbaren Nadelstich in die Vene – meist im Labor analysiert. Wäre es nicht praktischer, ein im Körper implantierter Mini-Sensor könnte die Blutwerte messen und per Funk direkt an den Arzt übermitteln? Für Patienten, die beispielsweise regelmäßig ihre Eisenwerte kontrollieren müssen, wäre solch ein smartes und kompaktes Miniaturlabor im Blut sicherlich sehr nützlich.

Die Ingenieure und Naturwissenschaftler arbeiten in den nächsten drei Jahren an der Entwicklung optisch auslesbarer intelligenter Sensoren, die mit Halbleiter-Strukturen auf der Basis von Galliumnitrid (GaN) und Zinkoxid (ZnO) realisiert werden sollen.

Widerstehen auch chemisch aggressiven Umgebungen

»Ein großer Vorteil solcher Sensoren besteht darin, dass sie ohne elektrische Kontakte auskommen und daher auch in einer chemisch aggressiven Umgebung verwendet werden können«, erklärt Projektkoordinator Professor Ferdinand Scholz vom Institut für Optoelektronik. Die Biosensoren könnten im Körperinneren zu Diagnosezwecken eingesetzt werden, beispielsweise um in Eisenspeicher- und Eisentransportproteinen die Art und Menge der Metall-Kationen zu bestimmen.

»Mit Hilfe solcher Biosensoren sollte es beispielsweise möglich sein, Eisenspeichererkrankungen frühzeitig zu erkennen und effektiv zu therapieren. Aber auch bei der Früherkennung von weiteren schweren Krankheiten, wie der Alzheimererkrankung oder bei Schlaganfällen könnten die Biosensoren hilfreiche Dienste leisten, denn auch bei diesen Erkrankungen wurden bereits veränderte Metallkationenkonzentrationen im Blut gefunden«, sagt Professorin Tanja Weil, die an der Uni Ulm das Institut für Organische Chemie III leitet. Die Chemikerin ist im Projekt für die Funktionalisierung der Sensoroberflächen mit spezifischen Detektormolekülen verantwortlich, um nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip bestimmte Proteine oder DNA-Bestandteile nachweisen zu können.