Signal-Booster für Fluoreszenz-Assays in der molekularen Diagnostik - SiBoF. Schlussbericht

Ziel des Projekts war es, die Vorteile einer neuartigen und zum Patent angemeldeten Methode der Fluoreszenzverstärkung beispielhaft für die klinische Diagnostik von multiresistenten Erregern zu validieren. Mit der vorgeschlagenen Technik könnten Testverfahren einfacher, günstiger und schneller werden als mit herkömmlichen Methoden und somit zu einer nachhaltigen Verbesserung und Effizienzsteigerung des Gesundheitssystems führen. Bei der neuen Technik handelt es sich um einen rein physikalischen Verstärkungsmechanismus basierend auf selbstassemblierten Nanoantennen (»Signal-Booster«), die über ein empfindliches Detektionssystem ausgelesen werden. Die durch unseren Projektpartner entwickelten Nanoantennen verstärken Fluoreszenzsignale um mehrere Größenordnungen und erlauben eine gezielte erregerspezifische Detektion auf Basis einzelner DNA-Moleküle. Aufgabe von Fraunhofer IPM war es, einen sensitiven und automatisierten Demonstrator zu entwickeln, der das Probenmaterial und die Nanoantennen auf mikrofluidischen Chips zur Reaktion bringt, die Nanoantennen optisch ausliest und die Messergebnisse auswertet. Durch die Kombination der erregerspezifisch angepassten Nanoantennen mit dem Auslesungsgerät wird die Validierung der Einsatzfähigkeit der Methode für diagnostische Anwendungen erbracht. Zusätzlich wird ein quantitativer Vergleich zu bestehenden Methoden ermöglicht, der die Vorteile der neuen Technik verdeutlicht.

The goal of the project was the validation of the benefits of a novel and patented method for fluorescence enhancement for the application in clinical diagnostics of multiresistant pathogens. The suggested technique could make testing simpler, cheaper, and faster than conventional methods. It could therefore lead to a sustained improvement and increase in efficiency of the health care system. The novel technique is related to a purely physical amplification mechanism based on selfassembled nanoantennas (»signal-booster«), which are read out with a sensitive detection system. The nanoantennas, which have been developed by our project partner, amplify fluorescence signals by several orders of magnitude, allowing a specific detection of pathogens based on individual DNA molecules. The task of Fraunhofer IPM was the development of a sensitive and automated demonstrator that mediates the reaction between the nanoantennas and the sample material on microfluidic chips. Additionally, the demonstrator performs an optical readout of the nanoantennas including the data analysis. By combining specifically adapted nanoantennas with the readout machine, we validate the utilizability of the method for diagnostic applications. Additionally, a quantitative comparison to existent method becomes possible, illustrating the advantages of the technique.