NanoBioPore Technologien und Assays. Teilvorhaben zu: NanoBioPore - hochsensitive elektrochemische Sensoren basierend auf Nanopartikellithographie und Redoxcycling für Anwendungen in Diagnostik und Wirkstofffindung. Schlußbericht. Berichtszeitraum: 1.7.2004 - 31.10.2007
(Deutsch)
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Die Aufgabe des NMI im Nanobiopore Vorhaben war es, Strukturierungs- und Dünnschichttechnologjen für die Herstellung von Nanobiopore Sensorchips zu erproben und später systematisch an HL Planartechnik zu übertragen. Methoden der Mikro- und Nanoanalytik sollten verwendet werden, um Dünnschichtprozesse zu validieren, poröse Sensorstrukturen morphologisch zu charakterisieren, Ausfallmechanismen zu analysieren und auf diese Weise die Herstellungsprozesse zu optimieren. Schließlich sollten biologische Modelassays auf Nanobiopore Sensoren etabliert und hinsichtlich Sensitivität (LOD und LOQ) charakterisiert werden. Die Vorhabensziele wurden erreicht. Dünnschichtprozesse, Nanopartikellithographie, Schattenmaskentechnologie sowie Porenätzverfahren wurden erforscht und soweit etabliert, daß Funktionsmuster von Nanobiopore Sensorchips für elektrische und elektrochemische Charakterisierung bereit gestellt werden konnten. Prozeßtechnologie wurde an HL Planartechnik übertragen. Insbesondere wurde Redoxcycling in Nanobiopore Sensoren nachgewiesen und damit die zentrale Hypothese des Projektantrags positiv entschieden! Die Biofunktionalisierung von Porenwänden mit Epoxysilan erhöht die elektrische und elektrochemische Stabilität von Sensoren und ermöglicht die selektive Anbindung biologischer Rezeptoren in Nanoporen. Diese behalten auch nach der Immobilisierung ihre biologische Funktion. Nanobiopore Sensoren wurden mit einem Detektionsantikörper funktionalisiert und u.a. bereits erfolgreich in Patientenseren getestet und zeigen auch dort eine Sensitivitätsverbesserung durch die Nutzung des Redoxcyclings in Nanoporen. Diejenigen Fragestellungen des Forschungsantrags, denen ursprünglich ein hohes Forschungsrisiko zugemessen worden war, wurden also durchweg positiv entschieden! Allerdings konnte wegen der zu geringen Ausbeute bei der Chipfertigung nur ein Teil der vorgeschlagenen biologischen Assays realisiert werden.
The task of the NMI in the framework of the Nanobiopore project were: I) development of thin film and patterning process technologies for sensor chips and technology transfer to HL Planartechnik. II) Application of micro- and nanoanalysis to validate and optimize fabrication processes and characterize nanoporous electrode systems. III) Devise biological model assays on Nanobiopore sensors and analyze them with respect to LOD and LOQ. All goals were achieved. Thin film processes, nanosphere lithography, shadow mask technology as well as pore etching processes were investigated and employed to fabricate sensor devices to be used for electrical and electrochemical characterization. Process technology was transferred to HL Planartechnik. Most importantly the core hypothesis of the project proposal was verified as redox cycling in Nanobiopore chips was successfully demonstrated. Biofunctionalization of pore walls using epoxy silane enhances the electrical stability of sensors and allows for functional, covalent immobilization of biological receptor molecules in pores. These molecules retain their function after immobilization. Nanobiopore sensors were functionalized using detector antibodies and - among other experiments - successfully tested in patient sera showing an improved sensitivity. In conlusion, those hypotheses of the original proposal considered particularly high risk were thus successfully verified. However, so far a completely robust and high yield fabrication process has not been established hampering the efforts to establish a large number of biological assays due to a lack of a sufficient number of sensor chips. This will be completed in a follow up project.
NanoBioPore Technologien und Assays. Teilvorhaben zu: NanoBioPore - hochsensitive elektrochemische Sensoren basierend auf Nanopartikellithographie und Redoxcycling für Anwendungen in Diagnostik und Wirkstofffindung. Schlußbericht. Berichtszeitraum: 1.7.2004 - 31.10.2007