Neue Förderung vom BMBF für KMU-innovativ Verbundprojekt erhalten

Zusammen mit dem Institut von Prof. Tauber, der Eschweiler GmbH, Scienion AG und dem Fraunhofer-Institut für Nachrichtentechnik konnte eine KMU-innovativ-Verbundprojekt eingeworben werden. Der Titel des Projekts lautet: Optischer Mikroringsensor zur quantitativen Bestimmung von Elektrolyten.

Im menschlichen Körper spielen die Elektrolyte Natrium, Kalium, Calcium, Chlorid sowie Wasserstoffionen (der pH-Wert) eine wichtige Rolle, z. B. für den Wasserhaushalt. Die Konzentration der Elektrolyte im Blut wird in der medizinischen Diagnostik sehr häufig überprüft, u. a. bei Nierenerkrankungen, Herzinsuffizienz, Alkoholvergiftung, Diabetes mellitus und Durchfall. Störungen der Elektrolyt-Konzentration haben dramatische Folgen. Beispielsweise können bei einer zu geringen Natriumionen-Konzentration (Hyponatriämie) Hirnzellen anschwellen, was ein Koma verursachen kann. Häufig treten Hyponatriämien bei der Behandlung von Kindern im Krankenhaus auf, denen nach einer Operation oder bei Durchfall Flüssigkeit zugeführt werden muss. Die Blutentnahme ist bei den kleinen Patienten schwierig und es können nur kleine Blutproben gewonnen werden.Die aktuell verwendeten Blutanalyseautomaten enthalten für jede Sorte von Elektrolyten einen separaten Messfühler (ionenselektive Elektrode). Dieses Messprinzip erfordert ein gewisses Probenvolumen, damit alle Messfühler überströmt werden können. Das Blutvolumen, das von Kleinkindern entnommen werden kann, reicht dafür oft nicht aus. Das Ziel des „optION-Sensor“ Projektes ist es, ein neues Messprinzip aus der Photonik zu erforschen, das eine Analyse von sehr kleinen Blutvolumina ermöglicht. Dabei kommen optische Mikroring-Resonatoren (MRR) zum Einsatz. Ein MRR ist ein ringförmiger Lichtleiter, durch den Laserlicht gelenkt wird.

Wenn sich an der Oberfläche des MRR eine Substanz ablagert, so verändert dies die optischen Eigenschaften des Resonators. Die Änderung der Eigenschaften steht dabei im Verhältnis zur Menge der angelagerten Moleküle. Da bereits kleinste Veränderungen in den optischen Eigenschaften gemessen werden können, kann eine sehr kleine Stoffmenge mit einer hohen Genauigkeit detektiert werden. Die MRR werden mit Fängermolekülen (Ionophoren) zur spezifischen Bindung der Elektrolyte beschichtet. Durch die Kombination mit einem Mikrofluidik-Modul können mehrere unterschiedlich beschichtete MRR mit einer Blutprobe überströmt werden. So können aus weniger als 20 µL Blut alle Elektrolytkonzentrationen bestimmt werden.

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