Fraunhofer-Institut für Elektronische Mikrosysteme und Festkörper-Technologien EMFTIn der zellbasierten Sensorik werden mikroelektronische Signalwandler (Metall- oder Polymerelektroden, Piezoresonatoren, plasmonische Substrate) eingesetzt, um die Reaktionen von kultivierten Zellen auf biologische, physikalische oder chemische Umwelteinflüsse markierungs-frei, nicht-invasiv und zeitaufgelöst zu verfolgen.
Markierungsfreie Sensoren für die Zellanalyse
Schwingquarz als Signalwandler zur Untersuchung der Zellmechanik
Ganzzell-Biosensoren und Zellbioanalyse (markierungsfrei, zeitaufgelöst)
Am Fraunhofer EMFT werden lebende Zellen mit innovativen Sensorplattformen kombiniert. So entstehen Ganz-Zell-Biosensoren, die Zellreaktionen berührungslos und ohne Markierung erfassen – mit einer zeitlichen Auflösung von Millisekunden bis zu Tagen. Auf diese Weise werden zentrale Parameter der Zellphysiologie sichtbar: von Vitalität und Stoffwechsel über Zellbewegung und -teilung bis hin zu Änderungen von Zellform, -volumen oder Membranpermeabilität.
Die nebenstehende Abbildung verdeutlicht die Bandbreite unserer Plattformen:
- Dünne Filmelektroden zur Messung von Zellbewegung, Ionentransport und Zellformänderungen
- Dotierte Polymere für die Stoffwechselanalyse über den Sauerstoffverbrauch oder die extrazelluläre Ansäuerung
- Plasmonische Substrate und optische Wellenleiter zum Nachweis von Volumen- und Zellformänderungen
- Poröse Elektroden für die Analyse der Gewebepermeabilität
- Piezo-Resonatoren zum Monitoring der mechanischen Eigenschaften von Zellen
Mit solchen biotechnologischen Hybriden lassen sich die Toxizität von Chemikalien, die Beeinflussung der Zellen durch neue Wirkstoff-Kandidaten oder auch komplexe biologische Interaktionen analysieren – in Echtzeit und mit hohem Probendurchsatz. Die Anwendungsmöglichkeiten reichen vom Umweltmonitoring bis in die personalisierte und regenerative Medizin.
Am Standort Regensburg bietet das Fraunhofer EMFT umfassende Unterstützung – von der Auswahl geeigneter Detektionsprinzipien und Materialien über die Integration in spezifische Untersuchungsumgebungen bis hin zu Machbarkeitsstudien und Datenanalyse.
Multiwell-Platte mit integrierten Interdigitalelektroden aus Gold für ein Impedanz-basiertes Monitoring tierischer Zellen
Impedanzmessung der dielektrischen Eigenschaften von Zellen
Multi-Elektrodenlayout zur parallelen Untersuchung mehrerer Zellproben in Mikrofluidik-Chips