Prototyp eines tragbaren HIV-Diagnostiklabor

„POCKET“ (von portable and cost-effective) ist der Prototyp eines neuartigen tragbaren und batteriebetriebenen Proteindetektors, der an der Harvard University, Cambridge, USA, entwickelt wurde. Ein solches einfaches, kostengünstiges, aber zuverlässiges Diagnostik-System für Infektionskrankheiten ist ideal für den breiten Einsatz in armen Ländern und könnte helfen, die dortige medizinische Versorgung zu verbessern.

„POCKET besteht aus einem wenige Quadratmillimeter kleinen Diagnose-Chip für Immuntests und einer kleinen, einfachen Detektoreinheit,“ erklärt George M. Whitesides, einer der bedeutendsten Pioniere der Mikro- und Nanotechnologie. „Übliche labordiagnostische Verfahren sind für Entwicklungsländer meist nicht geeignet: Neben hohen Kosten für die aufwändige Ausrüstung mangelt es oft an der nötigen Infrastruktur, etwa der Stromversorgung.“ Der Immuntest – als Prototyp wurde ein HIV-Test entwickelt – läuft in den nur ca. 2 mm breiten Kanälchen des Chips ab.

In jeden Kanal wird eine Blutprobe pipettiert. Auf der Wanderung durch den Kanal erreicht sie einen Streifen, auf dem Proteinstücke des HI-Virus fixiert sind. Enthält die Blutprobe Antikörper gegen HIV, erkennen diese die Proteinstücke und binden fest daran. Um die gebundenen Anti-HIV-Antikörper zu markieren, wird ein weiterer Antikörpertyp durch die Kanäle geschickt. Er erkennt die Anti-HIV-Antikörper und bleibt daran haften. An diesen Markierungsantikörper wurden zuvor winzige Goldkügelchen gekuppelt. Im nächsten Schritt gibt man eine Flüssigkeit mit Silbernitrat und einem Oxidationsmittel auf. Wo goldbestückte Markierungen gebunden sind, katalysiert das Gold die Oxidation der Silberionen zu metallischem Silber, das sich an den Wänden des Kanälchens abscheidet – eine Reaktion, die sich selber verstärkt, da Silber nun seinerseits die weitere Oxidation von Silberionen katalysiert. Nun kommt der Detektor ins Spiel: Eine kleine rote Laserdiode strahlt Licht durch die Kanälchen. Auf der anderen Seite des Chips registriert ein integrierter Schaltkreis mit einer Photodiode, wie stark das Licht durch die Silberschicht geschwächt wird. So ist die Menge an HIV-Antikörpern im Blut quantifizierbar – genauso präzise wie mit Labormethoden, aber um Vieles schneller. Ein Flüssigkristalldisplay zeigt die Ergebnisse an. „Dem Detektor reicht eine 9 V Batterie, und seine Bauteile sind kommerziell erhältlich für nur 45 $,“ berichtet Whitesides. „Der Chip wird mit „Weich-Lithographie“ hergestellt, einer mikrotechnischen Methode, die für eine Massenproduktion geeignet ist.“

Kontakt:

Prof. G. M. Whitesides
Department of Chemistry and Chemical Biology
Harvard University, Cambridge
MA 02138, USA
Fax: (+1) 617-495-9857
E-mail: gwhitesides@gmwgroup.harvard.edu