Schwerpunkte

Optische Biosensoren

Auf dem Weg zur Massenproduktion

20. Juli 2021, 11:20 Uhr   |  Nicole Wörner

Auf dem Weg zur Massenproduktion
© Daria Kohler, KIT

Integrierter Biosensor mit SiNOH-Laserquelle (links) auf dem Chip.

Die frühzeitige Diagnose von Krankheiten mit kostengünstiger patientennaher Labordiagnostik wird für die personalisierte Medizin und den öffentlichen Gesundheitsschutz immer wichtiger.

Optische Biosensoren auf Basis von Siliziumnitrid (Si3N4)-Wellenleitern sind dabei besonders vielversprechend. Sie können mit sichtbarem Licht betrieben werden, das in wässrigen Lösungen nur sehr schwach absorbiert wird und damit einen hochempfindlichen Nachweis indikativer Biomarker ermöglicht.

Eine Herausforderung stellte bislang allerdings die kostengünstige Integration entsprechender Lichtquellen auf dem Siliziumnitrid-Chip dar. Ein Forschungsteam unter Leitung von Christian Koos vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) hat hierzu ein neues Konzept entwickelt. Die Forscher verfolgen dabei einen hybriden Ansatz, bei dem Si3N4-Wellenleiter mit lichtemittierenden organischen Farbstoffen kombiniert werden. Dieses Si3N4-Organic Hybrid (SiNOH) genannte Konzept ermöglicht es, eine Vielzahl von Biosensoren auf einem Chip mit Licht zu versorgen und die Ausgangssignale mit einer Kamera parallel auszulesen.

»Die lichtemittierenden Materialien lassen sich sehr einfach und effizient mit Druckverfahren auf die Wellenleiter-Chips aufbringen«, erläutert Koos, »damit lassen sich SiNOH-Laser sehr preisgünstig in großen Stückzahlen herstellen«. In einem ersten Experiment demonstrierte das Forschungsteam die Tragfähigkeit des Ansatzes durch den Nachweis unterschiedlicher Konzentrationen von Fibrinogen, einem Eiweiß, das eine zentrale Rolle bei der Blutgerinnung spielt

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