Seit April 2018 arbeiten Forschende des Fraunhofer IZM in Berlin in dem Projekt Graph-POC an einer graphenoxidbasierten Sensorplattform. Ein Tropfen Blut bzw. Speichel ist notwendig, um eine exakte Analyse durchzuführen. Der Tropfen wird auf die Sensoroberfläche gegeben und binnen weniger Minuten erscheint ein über elektrische Signale vermitteltes Ergebnis.

Auch bei einer schon durchgestandenen Infektion kann der Test auf eine Antikörpererkennung ausgelegt werden. Um z. B vorangegangene Infektionen mit dem COVID-19-Virus erkennen und Infektionswege nachweisen zu können, fokussieren sich die Forscher aktuell auf diese Anwendung.

Während einer Infektion bildet der menschliche Körper bestimmte Moleküle oder Proteine aus, so genannte Biomarker. Um diese zu erkennen, werden auf der Sensoroberfläche der graphenoxidbasierten Plattform Fängermoleküle platziert. Ob eine Infektion vorhanden ist, wird dann anhand von Differenzmessungen zur Konzentration der Biomarker festgestellt.

Durch die 3D-Struktur vergrößert sich die Messfläche

Graphenoxid zeichnet sich dadurch aus, dass es ein elektrisch leitfähiges und biokompatibles Material ist und eine besonders zuverlässige Detektion zulässt. In der Mikroelektronik wurde es in seiner ursprünglichen 2D-Form verwendet. Die Forscher des Fraunhofer IZM bringen es nun in einer 3D-Struktur in Form von Flocken auf. Diese dreidimensionale Form vergrößert die Messfläche und auch die Genauigkeit der Messungen.

Durch die 3D-Anordnung der Graphenoxid-Flocken und die daraus resultierende Empfindlichkeit eröffnen sich weitere Anwendungen. So könnten schädliche Gase wie Kohlenstoffmonoxid oder Aceton sogar bei Raumtemperatur erkannt werden. Für aktuelle Sensoren dieser Art müssen die Gase zunächst erhitzt werden, damit eine Oberflächenreaktion stattfinden kann. Durch die Verbindung der Metalloxide mit der sensitiven Oberfläche des Graphen-Sensors reagiert dieser aber bereits bei niedrigeren Temperaturen. Die Beschichtung mit Graphenoxid soll auf Wafer-Ebene passieren, sodass hunderte Chips auf einmal bearbeitet werden können.

Ausblick

Bis die Schnelltests für die Anwendung bereit sind, müssen die graphenoxidbasierten Sensoren in einen Kunststoff-Träger eingebettet und die Zuverlässigkeit des Systems getestet werden. Regulär läuft das Projekt zwar bis zum Frühling 2021 in Hinblick auf die Detektion von Infektionen, jedoch rechnen die Forschenden damit, dass eine Verifizierung des Sensors mit Bezug auf das Coronavirus erst in einem Jahr stattfinden kann. Beteiligte Projektpartner sind die Charité, Aptarion Biotech, die Technische Universität Berlin, MicroDiscovery und alpha-board. Gefördert wird das Projekt vom Bundesministerium für Bildung und Forschung BMBF.