Biosensor-Entwicklung für die Charakterisierung von Exosomen als Biomarker mittels oberflächenverstärkter Ramanstreuung (ExoSurf)

Förderung

Förderung

Das Projekt ExoSurf wird durch das Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kultur des Landes Brandenburg im Rahmen des StaF-Programms in Deutschland gefördert.

Zielstellung

Für die Früherkennung von Erkrankungen wie Krebs und Herzinfarkt werden in zunehmendem Maße Biomarker verwendet. Dabei handelt es sich in der Mehrzahl um Substanzen aus dem Blut oder Urin, deren quantitativer Nachweis eine objektive Beurteilung des Krankheitsgeschehens ermöglichen. Dies gilt sowohl für die Labordiagnostik als auch für die Point-of-Care-Analytik, die gerade im ländlichen Raum Brandenburgs zunehmend wichtiger wird. In den letzten Jahren ist insbesondere die Bedeutung von Exosomen für die Früherkennung von Krebs erkannt worden. Für den Nachweis und die Charakterisierung der Exosomen wird die Ramanspektroskopie eingesetzt werden, die als in der Chemie etablierte Methode auch zunehmend in der Biomedizin Anwendung findet. Problematisch ist normalerweise die geringe Intensität des Ramansignals, die hier jedoch durch plasmonische Effekte, speziell Oberflächenverstärkung an Nanometer-großen Metallstrukturen, ausreichend verstärkt werden soll.
Die oberflächenverstärkte Raman-Spektroskopie (SERS) wird als eine effektive Technik zum Erzielen eines optischen Fingerabdrucks von wenigen Molekülen im Mikrometerbereich oder sogar im nm-Bereich betrachtet. Mittels SERS wird die Hürde der niedrigen Raman-Streurate überwunden, indem die ungeheure lokale Verstärkung des einfallenden elektromagnetischen Feldes ausgenutzt wird, welches durch die elektromagnetische Kopplung zwischen Nanopartikeln, die in unmittelbarer Nähe der Analyten angebracht sind, erhalten wird.

Beitrag des IHP

Die Aufgabe dieses Projekts besteht darin, „über Silber und Gold hinauszugehen“, um leistungsfähige und kostengünstige Substrate zu entwickeln, die vollständig auf CMOS-kompatiblen Mikrofabrikationsverfahren basieren, die neuartige plasmonische Materialien untersuchen und theoretisch einen Raum für die Beschreibung ihrer optischen Eigenschaften eröffnen. Tatsächlich erfordern eine korrekte Bewertung des SERS-Mechanismus und ein optimiertes Design der plasmonischen Strukturen eine detaillierte Analyse der Wechselwirkung des elektromagnetischen Feldes mit geeignet strukturiertem plasmonischem Material.

Projekt Partner

Fraunhofer-Institut für Zelltherapie und Immunologie, Institutsteil Bioanalytik und Bioprozesse, Potsdam-Golm

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