Neue Anwendungen durch Nanotechnologie

Nanotechnologie bietet neue Anwendungen im Bereich der genetischen Tests (Diagnosetools). Insbesondere können diese innovativen Lösungen die Geschwindigkeit und Genauigkeit des Identifikationsprozesses von Genen und genetischem Material steigern – entweder für behandlungsorientierte Anwendungen oder für die Entwicklung neuer Medikamente.

Bisher wurden vielfältige neue Technologien entwickelt, wie beispielsweise die Nutzung von mit Chemikalien beschichteten Gold-Nanopartikel-Sonden, die durch die Beschichtung in der Lage sind, sich gezielt an genetisches Material zu binden. Eine weitere vielversprechende Anwendung ist die Nutzung von Nanomaterialien als Analysewerkzeuge. Dieser Chiplabor-Ansatz könnte die Anzahl der durchgeführten Analysen vervielfältigen, da mikro- und nanofluidische Apparate Mischen, Bewegen, Inkubation, Trennung, Nachweis und Informationsverarbeitung in einem kleinen Gerät vereinen können.

Der Cantilever

Der cantiMED Mikro-Cantilever-Sensor ist ein patentierter Sensor für physische Kräfte, der auf Änderungen der Oberflächenbelastung reagiert. Diese Prozesse werden verursacht durch Adsorption-induzierte chemische oder biologische Reaktionen, und resultieren normalerweise in einer Biegung des Cantilevers in Echtzeit. Spezifische Interaktion mit den Cantilever-Oberflächenrezeptoren und molekulare Erkennung von Biomolekülen entspricht nanomechanischer Bewegung des Cantilevers (von wenigen nm bis hunderten von nm).

Diabetes Mellitus

Bei vielen schweren Krankheiten wie Diabetes Mellitus und Krebs ermöglicht cantiMED eine einzigartige und urheberrechtlich geschützte Diagnoseplattform, die Echtzeit-Analyse von mehreren Parametern mit höchstmöglicher Präzision und Belastbarkeit einführt, welche leicht in existierende Point-of-Care-Diagnostik (POCT) eingefügt werden kann.

Echtzeit-Diagnosetool

Die patentierte cantiMED-Plattform kann von Gesundheitsdienstleistern genutzt werden, um die Behandlung direkt auf die individuellen Bedürfnisse des Patienten anzupassen, da mehrere Parameter einfach gemessen werden können.
Stellen Sie sich dafür einen Glukose-Teststreifen vor, der folgende Parameter gleichzeitig und ohne zusätzliche Mehrkosten misst:

  • Blutzucker
  • HbA1c
  • β-Hydroxybutyrat
  • Lactat
  • Insulin/Proinsulin

Der patentierte cantiMED-Biosensor ist ein Echtzeit-Diagnosetool, dass auf der nanomechanischen Reaktion eines molekularen Systems auf einen ausgewählten Biomarker beruht. Eine Reihe von spezifischen Rezeptormolekülen, die an einer festen Oberfläche immobilisiert sind, neigen zum Anziehen (Adsorbieren) anderer Zielmoleküle. Als Ergebnis der molekularen Erkennung findet die Adsorption statt, wenn der Rezeptor ausreichende Affinität und Bindungsspezifität zum ergänzenden Zielmolekül hat. Ähnlich wie bei Flüssigkeiten haben Festkörper ebenfalls eine Oberflächenspannung (oder -Belastung), oft Oberflächenenergie genannt. Anders als die Molekülen einer Flüssigkeitsoberfläche, die sich frei bewegen können, sind die Atome an einer Feststoff-Oberfläche in einer Gitterstruktur gebunden, und Adsorption von Molekülen ist hauptsächlich durch das Bestreben angetrieben, die Bindungsenergie zu minimieren. Dies ist der Ursprung der Oberflächenbelastung.

Mikro-Cantilever

Die durch cantiMED angebotenen Mikro-Cantilever sind mikromechanische Festkörper-Träger oder -Blattfedern, die Adsorption und Oberflächenbelastung verzögerungsfrei in eine nanomechanische Bewegung (Biegung) übertragen. Dieser Effekt kann mit dem cantiMED-Biosensor in Echtzeit erfasst werden. Er misst die kleinste Biegung des Cantilevers als direkte Auswirkung der molekularen Erkennung von zwei sich ergänzenden Molekülen. Der Grad der Biegung kann durch die Menge an Biomarker-Molekülen korreliert werden, die an die Cantilever-Oberfläche gebunden oder adsorbiert sind, was sehr genaue Konzentrationen des Zielanalyt-Moleküls ergibt. Der belastbare und verlässliche Schlüssel-Schloss-Mechanismus, welcher grundlegend für die meisten Erkennungsprozesse ist, stellt eine gut eingestellte Messung innerhalb von Minuten sicher – und dies bei extrem hoher Stabilität und Genauigkeit bis hin zu piko- und femtomolekularen Konzentrationen.

cantiMED-Biosensoren werden durch eine neuartige, hochpräzise 3D-Nanodruck-Kerntechnologie namens Nano3DSenseTM hergestellt, welche der Schlüssel ist, um immer kleinere mechanische Druckwandler mit mikro- und nanogroßen beweglichen Teilen. Die Größe der interessanten Biomoleküle ist vergleichbar mit mindestens einer Dimension des mechanischen Biosensor-Systems (z. B. die Dicke), die mechanische Reaktion ist hochempfindlich zu den sterischen Eigenschaften der Biomoleküle. Dies macht den cantiMED-Biosensor einzigartig für unerreichte Messwerte bis hin zur Molekül-Ebene und im Nano- und Pikogramm-Bereich. Die winzigen Abmessungen der cantilever-Sensoroberfläche benötigen nur extrem kleine Mengen der Analyt-Proben (z. B. Blut), im Bereich von nur wenigen Mikrolitern für einen einzigen Test.