Weit sind für Ärzte in Entwicklungsländern die Wege zum nächsten Labor. Mit “POCKET”, einem tragbaren Analyse-Labor im Taschenformat, können nun Diagnosen gefährlicher Infektionskrankheiten viel rascher direkt vor Ort erfolgen und so die medizinische Versorgung verbessern. Amerikanische Forscher entwickelten diesen Prototyp eines batteriebetriebenen Mini-Labors mithilfe labordiagnostischer Mikrotechnik und präsentieren ihn in der Fachzeitschrift Angewandte Chemie (Vol. 116, S. 504)
“POCKET besteht aus einem nur wenige Quadratmillimeter großen Diagnose-Chip für Immuntests und einer kleinen, einfachen Detektoreinheit,” erklärt George M. Whitesides von der Harvard University in Cambridge (USA). Unabhängig vom Stromnetz und ohne reich ausgestattete Analyselabors kann das Blut von Patienten schnell und zuverlässig auf Antikörper untersucht werden, die bei Infektionskrankheiten gegen den Erreger gebildet werden. So läuft beispielsweise in den nur zwei Millimeter breiten Kanälchen des integrierten Labor-Chips des Prototyps ein kompletter HIV-Test ab.
In jeden Kanal wird bei einem solchen Test eine Blutprobe pipettiert. Auf der Wanderung durch den Kanal erreicht sie einen Streifen, auf dem Proteinstücke des HI-Virus fixiert sind. Enthält die Blutprobe Antikörper gegen HIV, erkennen diese die Proteinstücke und binden fest daran. Um die gebundenen Anti-HIV-Antikörper zu markieren, wird ein weiterer Antikörpertyp durch die Kanäle geschickt. Er erkennt die Anti-HIV-Antikörper und bleibt daran haften. An diese Markierungsantikörper sind winzige Goldkügelchen gekuppelt, die im nächsten Schritt mit einer Flüssigkeit mit Silbernitrat und einem Oxidationsmittel sichtbar gemacht werden.
Wo goldbestückte Markierungen gebunden sind, unterstützt das Gold die Umwandlung der Silberionen in der Flüssigkeit zu metallischem Silber, das sich an den Wänden des Kanälchens abscheidet. Nun kommt der Detektor ins Spiel: Eine kleine rote Laserdiode strahlt Licht durch die Kanälchen, während auf der anderen Seite des Chips ein integrierter Schaltkreis mit einer Photodiode registriert, wie stark das Licht durch die Silberschicht geschwächt wird. Ein Flüssigkristalldisplay zeigt dann die erhaltenen Ergebnisse an. So ist die Menge an HIV-Antikörpern im Blut quantifizierbar – genauso präzise wie mit Labormethoden, aber deutlich schneller.
“Dem Detektor reicht eine 9-Volt-Batterie, und seine Bauteile sind kommerziell erhältlich für nur 45 Dollar,” berichtet Whitesides. “Der Chip wird mit “Weich-Lithographie” hergestellt, einer mikrotechnischen Methode, die für eine Massenproduktion geeignet ist.” Je nach Aufbau des Laborchips lässt sich dieses Nachweisgerät auch auf die Proteine anderer Infektionskrankheiten anpassen.
Jan Oliver Löfken
