optION

Motivation

Im menschlichen Körper spielen die Elektrolyte Natrium, Kalium, Calcium, Chlorid sowie der pH-Wert z.B. für den Wasserhaushalt eine außerordentlich wichtige Rolle und Störungen haben dramatische Folgen. Aus diesem Grund wird die Konzentration der Elektrolyte im Blut in der medizinischen Diagnostik sehr häufig überprüft. Die für die aktuellen Analysegeräte benötigten Blutmengen sind aber insbesondere bei Neugeborenen und Kleinkindern nur schwer zu entnehmen. An dieser Stelle setzt das optION-Projekt mit einer photonischen Sensorlösung an.

Ziele und Innovationen

Im optION-Konsortium haben sich mit den Firmen Eschweiler und Scienion sowie der Charité – Universitätsmedizin Berlin und dem Fraunhofer HHI vier Partner aus unterschiedlichen Disziplinen zusammengeschlossen, um ein Gerätekonzept zu entwickeln das die für die Analyse benötige Blutmenge deutlich reduziert. Hierfür werden Mikroring-Resonatoren als photonische Sensoren eingesetzt, welche in der Siliziumnitrid-Wellenleiterplattform des HHI hergestellt werden. Sie ermöglichen durch ihren kleinen Durchmesser eine sensitive Detektion in kleinsten Volumina und eine parallele Detektion unterschiedlicher Elektrolyte über ein Multiplexing mehrerer Ringe. Die spezifische Zuordnung des Signals eines Sensors zu einem Elektrolyten wird über die Funktionalisierung der Sensoroberfläche mit speziellen Ionophoren durch die Firma Scienion gewährleitet. Das Labor für Biofluidmechanik der Charité entwickelt für diese funktionalisierten photonischen Sensoren eine Mikrofluidik, die kleine Blutmengen zielgerichtet zuführt. Anschließend kombiniert die Firma Eschweiler Sensoren und Fluidik mit der Ansteuer-, Auslese- und Auswerteelektronik zu einem Demonstratorgerät, dessen Leistungsfähigkeit durch das Institut für Laboratoriumsmedizin, klinische Chemie und Pathobiochemie der Charité an Hand von Patientenproben getestet wird. Durch die Zusammenarbeit des interdisziplinären Konsortiums wird somit die Realisierung eines innovativen Konzepts von den photonischen Chips über Oberflächenfunktionalisierung und Mikrofluidik bis hin zur Geräteintegration möglich.