Implantierte Biosensoren
Blutanalyse direkt im Körper des Patienten
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Aufbau und Funktionsweise der »Mini-Labore«
Der Biosensor basiert auf so genannten nitridischen und oxidischen Halbleiter-Nanostrukturen, die rein optisch angeregt und ausgelesen werden. Durch die Bindung spezifischer Biomoleküle auf der aktiven Zone dieser Nanostrukturen verändern sich Wellenlänge und Intensität der Laser-angeregten Lichtemission.
Als optisch aktive Zone für diese Photolumineszenz-Effekte wirkt ein Quantenfilm nahe der Oberfläche der Halbleiter-Strukturen. Ausgelesen werden die Veränderungen in den Lichtemissionen über kompakte Spektrometer, die im ultravioletten und im sichtbaren Spektral¬bereich ausreichend empfindlich sind.
Ein kompakter Einplatinencomputer, beispielsweise ein Raspberry-Pi, übernimmt im Sensor-Modul die Steuerung der optoelektronischen Komponenten, die spektrale Messung sowie die Erfassung und Auswertung der Daten.
Durch die Integration eines WiFi-Moduls, einer Art Funksender im Kleinstformat, soll das Sensor-Modul drahtlos mit einem Server kommunizieren, um über diesen komplexere Analysen durchzuführen und um dort Messdaten zentral zu speichern.
Mit Hilfe intelligenter Software und der Möglichkeit, Referenzproben parallel auszulesen, könnte sich der Detektor-Array automatisch kalibrieren und »scharf stellen«. Die hierfür erforderliche intelligente Elektronik entwickelt die Arbeitsgruppe von Professor Klaus Thonke, Leiter der Gruppe Halbleiterphysik am Institut für Quantenmaterie.
»Für diese smarten, kompakten und vernetzten Biosensor-Module gibt es vielfältigste Anwendungsfelder in der Medizin, der Pharmazie und der Biotechnologie«, sind sich die Wissenschaftler einig.
Die Flexibilität und Multifunktionalität des Messsystems sowie seine hohe Sensitivität und Selektivität machen es zu einem idealen Diagnoseinstrument in der personalisierten Medizin und der patientennahen Labordiagnostik. Bis dieser Hochleistungs-Biosensor im Miniaturformat den Beweis für seine Praxistauglichkeit antreten kann, werden allerdings noch zahlreiche Experimente und Untersuchungen notwendig sein.
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