CMOS-Biochip

PSA-Nachweis direkt am Point-of-Care

Den Projektpartnern ist es erstmals gelungen, mit einem PSA-Immunassay direkt auf einem opto-elektronischen CMOS-Biochip das prostataspezifische Antigen (PSA) durch Lichtabsorptionsmessungen quantitativ nachzuweisen.
Den Projektpartnern ist es erstmals gelungen, das prostataspezifische Antigen (PSA) durch Lichtabsorptionsmessungen quantitativ nachzuweisen.
© IMMS

IMMS entwickelt mobiles Lesegerät mit auswechselbaren CMOS-Biochip

Um das prostataspezifische Antigen (PSA) ohne Umweg ins Labor genau messen zu können, hat das IMMS ein mobiles Lesegerät mit einem auswechselbaren opto-elektronischen CMOS-Biochip erarbeitet. Gemeinsam mit Senova ist es gelungen, mit einem PSA-Immunassay das Antigen direkt auf dem Chip nachzuweisen und die erforderlichen Vorgaben zu erfüllen.

Autoren: siehe Kasten

Zur Diagnostik von Prostatakrebs wird für die Früherkennung, für Abklärungsuntersuchungen, das Monitoring von Therapien und in der Nachsorge unter anderem die Konzentration des prostataspezifischen Antigens (PSA) bestimmt. Wenige Nanogramm pro Milliliter (ng/ml) PSA geben Hinweise darauf, ob und wie weitere Untersuchungen und Behandlungen erfolgen sollten. Erhöhte PSA-Werte können auf Krebs beziehungsweise auf dessen erneutes Auftreten hindeuten.  Für den Nachweis nimmt der Arzt Blut ab und schickt die Probe ins Labor. Meist liegt erst einige Tage später die PSA-Konzentration als Ergebnis vor. Um zeit- sowie kostenaufwändige Laboruntersuchungen mit großen und komplexen Geräten zu vermeiden und die häufig auch psychisch belastenden Wartezeiten für Patienten zu minimieren, wird nicht nur für PSA-Messungen an immer neuen kompakten sowie preiswerten Point-of-Care-Lösungen (PoC) gearbeitet.  

Diese basieren in vielen Fällen auf Streifentests, mit denen Ärzte direkt in ihrer Praxis aus mehr oder weniger intensiven und durch biochemische Reaktionen hervorgerufenen Farbumschlägen Konzentrationen ableiten können. In den letzten Jahren haben sich für die Messung PoC-Geräte etabliert, die dafür zum Beispiel Helligkeitssensoren oder eine Kamera nutzen. Die Geräte haben allerdings noch den Nachteil, dass sie ungenau im Vergleich zu Laboruntersuchungen sind. Im Fall von PSA-Messungen sehen die Vorgaben der »Richtlinie der Bundesärztekammer zur Qualitätssicherung laboratoriumsmedizinischer Untersuchungen – Rili-BÄK« neben einer Nachweisgrenze von 0,2 ng/ml auch einen Messbereich bis zu 50 ng/ml vor sowie für sichere Aussagen einen Variationskoeffizienten von maximal 15,5 %.  

Mikroelektronik-basierter Demonstrator

Das IMMS hat im Projekt »INSPECT« (Akronym für Mikroelektronische Diagnostikplattformen für die personalisierte Krebsforschung und Mikro-Bioreaktoren) ein Photometer in Form eines mobilen Lesegeräts mit einem auswechselbaren opto-elektronischen CMOS-Biochip erarbeitet und als Demonstrator aufgebaut. Statt der bislang in einigen PoC-Geräten genutzten Teststreifen mit Kamera-basierter Auswertung wird eine Probe direkt auf den Mikroelektronik-Chip gegeben und die biochemische Reaktion ohne Abstände zwischen Probe und Lichtdetektor gemessen. Der Projektpartner Senova nahm die biochemische Funktionalisierung der Chip-Oberflächen mit immobilisierten Antikörpern für PSA vor und führte Messungen mit Proben unterschiedlicher PSA-Konzentrationen mit dem Prototyp durch. Liegt PSA in der Probe vor, wird es mit biochemischen Reaktionen nachgewiesen, die je nach Konzentration die Probe unterschiedlich stark einfärben und als Helligkeitsunterschiede opto-elektronisch gemessen werden. 

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Dieser Artikel erschien in der Printausgabe 2/2021. Im Rahmen der Themenwoche »Sensoren: Die Augen der Medizintechnik« bieten wir Ihnen diesen exklusiv als Download an.

541 IMMS - CMOS Biochips - medical design 2021-02 - PDF

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