Verbund: Multiplex-Plattform zum Nachweis von Schwermetallen mittels hyperspektraler Bildgebung (HeavySense) - Teilvorhaben: Erforschung und Entwicklung eines nanoplasmonischen Sensorelements (Chip), einschließlich des Designs und der Erprobung eines Rezeptor-Analytsystems (Assay) auf der Basis von Aptameren

Das Vorhaben hat die Entwicklung und Realisierung einer innovativen, tragbaren Analyseplattform, zum Nachweis von Schwermetallen im Wasser zum Ziel. Diese ermöglicht den spezifischen und parallelen Nachweis verschiedener Ionen (z.B. Arsen, Blei, Quecksilber usw.) in einem Schritt, markierungsfrei und im Multiplexverfahren (d.h. bis zu mehreren Dutzend Ionen in einem Test). Ermöglicht, wird dies durch den Einsatz von Aptamer-Rezeptoren (Nukleinsäuremoleküle mit definierter 3D-Struktur), die ein Zielmolekül – wie ein bestimmtes Schwermetallion – spezifisch binden können. Zum Nachweis der Bindung von Zielmolekülen wird ein optisches (spektroskopisches) Ausleseverfahren verwendet, das auf Metallnanopartikel als Nanosensoren und dem Effekt der lokalisierten Oberflächenplasmonenresonanz (LSPR) beruht. Bei der Plasmonenresonanz interagiert sichtbares Licht mit den Leitungselektronen in den metallischen Nanosensoren, was zu einem gut definierten Absorptionsmaximum führt. Dieser Resonanzpeak reagiert sehr empfindlich auf Änderungen des lokalen Brechungsindex in der Umgebung der Nanopartikel. Die Aptamer-Rezeptoren sind an die Sensoroberfläche gebunden. Wenn die Aptamere Ionen binden, ändert sich der lokale Brechungsindex, was wiederum die Wellenlänge des LSPR-Peaks verändert. Diese Veränderung wird spektroskopisch ausgelesen und dient als Sensorsignal. Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung eines nanoplasmonischen Sensorelements und einer entsprechenden tragbaren Ausleseplattform, die die parallele Überwachung von einigen zehn Spots auf der Oberfläche mit bildgebender Spektrometrie ermöglichen und so Informationen über die Anwesenheit von Analyten (Ionen) in einem parallelen und kosteneffektiven Ansatz mit hohem Durchsatz liefern. Die geringe Größe, das tragbare Design der Plattform sowie die halbautomatische, integrierte Probenhandhabung, ermöglichen sichere Vor-Ort-Tests.