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Jenaer Biochip Initiative

Die Forschungsaktivitäten der Arbeitsgruppe Jenaer Biochip Initiative (JBCI) decken die gesamte Analysemesskette – von der Probenaufarbeitung bis hin zur Detektion ab. Zur Detektion werden sowohl molekularbiologische/biochemische als auch spektroskopische Verfahren eingesetzt. Im Fokus steht dabei zum Einen die Erforschung und Entwicklung von Nachweisverfahren auf Basis oberflächenverstärkender Techniken für analytische Fragestellungen, für die bisher technologisch und zeitlich sehr aufwändige Nachweisverfahren existieren. Zum anderen werden partikel- und chipbasierte Strategien für die Vor-Ort-Diagnostik erarbeitet, um kosten- und zeiteffizient sowie spezifisch und sensitiv Pathogene nachweisen zu können. Hierbei kommen molekularbiologische Methoden wie z. B. qPCR oder isothermale Amplifikation sowie Hybridisierungsassays für die gezielte Identifizierung der Pathogene zum Einsatz. Darüber hinaus ist die Raman-Mikrospektroskopie, welche für den Nachweis von Bakterien bis auf Einzelzellebene erlaubt, ein wichtiger Bestandteil im Methodenportfolio der Arbeitsgruppe. Die Verfahren werden sowohl für medizinische als auch umwelt- und lebenswissenschaftliche Fragestellungen optimiert und in Funktionsmuster überführt. In Zusammenarbeit mit klinischen Partnern sowie Partnern aus der Umwelt- und Lebensmittelindustrie werden die erforschten Verfahren verifiziert und validiert.

Darüber hinaus verfolgt die JBCI das Ziel oberflächenverstärkende Methoden, wie beispielsweise die oberflächenverstärkte Raman-Spektroskopie (SERS) oder die oberflächenverstärkte IR-Spektroskopie (SEIRA) in die Anwendung zu bringen. Diese Verfahren beruhen auf den optischen Eigenschaften von metallischen Nanostrukturen, die eine Signalverstärkung um mehrere Größenordnungen erlauben. Insbesondere an Beispielen aus der Lebensmittelanalytik (qualitativer und quantitativer Nachweis verbotener aber auch gesundheitsfördernder Substanzen) sowie aus dem medizinischen Bereich (Überwachung von Medikamentenspiegel in Körperflüssigkeiten wie Urin) konnte das Potential der Methoden aufgezeigt werden. Parallel werden fundamentale Untersuchungen durchgeführt, die im Ergebnis zu einem Einsatz von spezifisch designten Metallnanostrukturen in ausgewählten Regionen des sichtbaren und infraroten Spektralbereichs als Signalverstärkungsmedium führen. Zur Herstellung dieser plasmonisch-aktiven SERS- und SEIRA-Strukturen werden sowohl Bottom-Up- als auch Top-Down-Techniken eingesetzt.

Die JBCI verfolgt das Ziel neue methodische Strategien zu erforschen, die es ermöglichen innovative Auslesekonzepte zu automatisieren und zu miniaturisieren sowie in eine mikrofluidische Peripherie hin zu Kartuschen-Systemen zu integrieren und der breiten und robusten Anwendbarkeit auf Realproben im Bereich der Medizin, Umwelt- und Lebenswissenschaften.

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