Nanodetect
Entwicklung von Nanosensoren zur Überwachung von Nahrungsmitteln
Kurzfassung:
Gerade für den Entwurf und die Entwicklung mikrofluidischer Systeme bieten sich eine Vielzahl von Anwendungen an, hauptsächlich im Bereich der Biotechnologie. Der besondere Vorteil der Miniaturisierung liegt in den notwendigen geringen Probevolumina (Nano- bis Mikroliter), um Untersuchungen des biologischen Materials, wie z.B. Zellen, Viren oder Bakterien durchführen zu können.
Ziel des Projektes:
Das Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung und Herstellung eines Biosensors, der die Aufkonzentration im Vorfeld zur Untersuchung von kontaminierten Partikeln detektieren und ermitteln kann. Hierbei soll die Produktqualität von Frischmilch überprüft werden, wobei die Konzentration von vier Modellanalysen für mögliche Milch-Kontamination ermittelt werden soll. Der Nanodetect-Sensor soll der Konzentrationsmessung folgender Inhaltstoffe dienen:
- Pathogene Mikroorganismen (Listeria monocytogenes)
- Mykotoxine (Aflatoxin M1)
- Arzneimittelrückstände (Sulphonamide und Aminoglycoside)
- Verschnitt hochwertiger Milchsorten (z.B. Nachweis von Kuhmilchprotein in Ziegenmilch)
Projektbeschreibung:
Die Qualität von Frischmilch, als wichtiges Lebensmittel, hat dabei eine wichtige Bedeutung. Unerwünschte Inhaltstoffe in Rohmilch müssen möglichst schnell kontrolliert werden, um das Risiko von Erkrankungen oder Allergiegeschehen in Milchkonsumenten zu vermindern. Im Rahmen des EU-Projektes Nanodetect entwickelt ein internationales Konsortium einen Biosensor, der die notwendige Analyse und Untersuchung von Frischmilch vereinfachen soll. Hierbei handelt es sich um Mikrokanäle mit geeigneten Oberflächenmaterialen und Geometriedesigns, die in Kombination mit immobilisierten Antikörpern das „Einfangen“ von spezifischen Kontaminanten ermöglichen. Zur Herstellung von fluidischen Mikrokanalstrukturen können technisch mehrere Verfahren angewandt werden. In diesem Vorhaben wird die Anforderung an die Substrat- und Beschichtungsmaterialen gestellt, dass diese eine Bindung und eine gleichmäßige Verteilung der spezifischen Antikörper ermöglichen. Mittels experimenteller Untersuchungen verschiedener Materialen konnte herausgefunden werden, dass die SU-8® Oberflächen mit Hilfe einer biochemischen Modifikation die Voraussetzung zur Antikörperbindung am Besten erfüllten.
Silizium und Glas wurden als Substratmaterialen ausgewählt. Silizium bietet die Vorteile, dass es sich gut nasschemisch strukturieren lässt und der Fotolack SU-8 die notwendige Haftung auf diesem Material besitz. Durch die Wahl eines transparenten Materials (Glas) lässt sich der Durchfluss der Reagenzien durch die Mikrokanäle gut kontrollieren und eine optische Auswertung realisieren.
Eine weitere Anforderung des Teilprojects ist die Entwicklung eines optischen Sensors. Antikörper werden durch auf den SU-8® Flächen immobilisiert und spezifische Kontaminanten, die in den Kanälen vorbei fliesen, können danach mit den fixierten Antikörpern gebunden werden. Bei der Antikörper-Antigen Rektion wird eine Fluoreszenzintensität ermittelt, die mittels eines optischen Sensors vermessen wird. Abbildung 2 stell das Nanodetect System dar und dazu gehörige Komponenten.
Das IMSAS entwickelt zurzeit eine neue Version von mikrofluidischen Systemen. Da die Mikrosysteme zur Untersuchung nur einmalig verwendet werden können, ist die Umstellung des aktuellen Substratmaterials aus Kostengründen notwendig. PMMA (Polymethylmethacrylat) ist das ausgewählte Substratmaterial, welches den technologischen Fertigungsaufwand reduziert und gleichzeitig die Substrat- und Fertigungskosten drastisch senkt.
Partnerfirmen:
Stichting DLO -Institute of Food Safety- RIKILT http://www.rikilt.wur.nl/
The Food and Environment Research Agency - Fera http://www.fera.defra.gov.uk/
Noray Bioinformatics S.L - NorayBio http://www.noraybio.com/
Optotek d. o. o. - OPTOTEK http://www.optotek.si/
Meierei-Genossenschaft Langenhorn e.V – MGLANG
Biocult BV - BIOCULT http://www.biocult.com/
Projekt Koordinator:
ttz Bremerhaven
Dr. Hauke Hilz, Kontakt
Tel.: +49 (471) 483-2 153, "http://www.ttz-bremerhaven.de/"
Das Projekt wird von der Europäischen Kommission im 7. Forschungsrahmenprogramm gefördert.
Laufzeit: 9/08–9/11