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ViroGraph setzt auf Graphen-Sensoren

Neuartiger Ansatz zum Nachweis von SARS-CoV-2

Sensor der FSU Jena mit 15 Graphen-FETs bei Voruntersuchungen am IMMS.
Sensor der FSU Jena mit 15 Graphen-FETs bei Voruntersuchungen am IMMS. Das IMMS entwickelt die miniaturisierte Messtechnik für kleinste Ströme, die für die in ViroGraph angestrebte neuartige Technologieplattform zum Nachweis von SARS-CoV-2 notwendig ist.
© IMMS

Ein Forschungsteam aus Thüringen arbeitet an einer neuen Schnelltest-Technologie, die Virusmaterial wie das des SARS-CoV-2-Virus durch Änderung der elektrischen Leitfähigkeit sichtbar machen soll. Das Mittel der Wahl: Graphen-Sensoren.

Im Rahmen des Forschungsprojekts „ViroGraph – Multiplex-Detektionssystem zum Nachweis von Viren auf Basis von Graphen-Feldeffekttransistoren“ wollen die Projektpartner Friedrich-Schiller-Universität Jena, IMMS und fzmb die bereits an der Universität Jena erforschten Graphen-Sensoren für neue sogenannte Point-of-Care-Geräte erschließen. Solche kleinen und mobilen Geräte sollen künftig ähnlich einfach wie Covid-19-Schnelltests vor Ort einsetzbar sein und Viren, Virenproteine oder Antikörper hochsensitiv – vergleichbar mit PCR-Tests – nachweisen.

Sensor aus Graphen

Prinzipiell sind auf den Teststreifen der aktuell eingesetzten Schnelltests bestimmte Proteine als Fängermoleküle aufgebracht, die – falls in der untersuchten Probe vorhanden – mit Virusbestandteilen oder mit Antikörpern reagieren. Dabei entsteht ein Farbstreifen, der das Ergebnis anzeigt.

In der neuen Plattform des ViroGraph-Projektes soll ein neuartiger elektronischer Sensor aus Graphen die Aufgabe des Teststreifens übernehmen – überzogen von einer nur einen Nanometer dicken Kohlenstoffmembran, die die Fängermoleküle auf der Sensoroberfläche fixiert. Lagern sich die Analyten aus einer Probe – also etwa Antikörper oder Virusbestandteile – auf der Sensoroberfläche an, dann verändert sich die elektrische Leitfähigkeit des Sensors. Dieser Parameter kann elektronisch ausgelesen werden und liefert das Testergebnis.

»Feldeffekttransistoren kommen bereits beispielsweise bei der Messung von pH-Werten zum Einsatz, für Anwendungen im Bereich der immunologischen Diagnostik allerdings waren sie bisher nicht sensitiv und spezifisch genug«, erklärt Prof. Dr. Andrey Turchanin von der Universität Jena. »Durch die Kombination von Heterostrukturen aus Graphen, das eine entsprechende Leitfähigkeit bereithält, und der molekularen Kohlenstoffnanomembran, die die Sensoroberfläche biochemisch funktionalisiert, konnte diese Schwachstelle allerdings behoben werden. Denn das aus nur einer Atomschicht bestehende 2D-Material Graphen zeichnet sich durch eine besondere elektrische Leitfähigkeit aus – sensible Änderungen der Leitfähigkeit während der Ankopplung von Analyten, also den gesuchten Molekülen, lassen sich schnell und einfach messen.«

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  1. Neuartiger Ansatz zum Nachweis von SARS-CoV-2
  2. Kleine Geräte und viele Parameter per Schnelltest

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