Aufrufe
vor 2 Wochen

Verfahrenstechnik 11/2020

  • Text
  • Sammelmappe
  • Hohen
  • Sensor
  • Pumpen
  • Neuhaus
  • Anlagen
  • Hersteller
  • Komponenten
  • Unternehmen
  • Einsatz
  • Verfahrenstechnik
Verfahrenstechnik 11/2020

VERFAHRENSTECHNIK IM

VERFAHRENSTECHNIK IM ALLTAG I SERIE Gewissheit in 15 Minuten Graphenoxid-basierter Schnelltest zur Infektionserkennung ForscherInnen des Fraunhofer- Instituts für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM entwickeln mit Projektpartnern eine handliche Sensorplattform auf Graphenoxid- Basis, die es ermöglicht, in wenigen Minuten akute Infektionen wie eine Sepsis oder auch Antikörper gegen das Coronavirus zu detektieren. Besonders die aktuelle Lage der Covid-19- Pandemie zeigt, wie wichtig es ist, Infektionen schnell und genau zu erkennen, sodass weitere Ansteckungen verhindert werden. Seit April 2018 arbeiten Forschende des Fraunhofer IZM in Berlin in dem Projekt Graph-POC an einer graphenoxid-basierten Sensorplattform, die genau diese Herausforderungen bei der Diagnose von Infektionen lösen soll. Nur ein Tropfen Blut bzw. Speichel ist notwendig, um eine exakte Analyse durchzuführen. Der Tropfen wird auf die Sensoroberfläche gegeben, und binnen weniger Minuten erscheint ein über Autorinnen: Olga Putsykin und Annemarie Schiller, beide Fraunhofer IZM, Berlin elektrische Signale vermitteltes Ergebnis – beim Hausarzt vor Ort. Langwierige Laboruntersuchungen des Blutes werden also durch einen Schnelltest ersetzt, der innerhalb von nur 15 Minuten Gewissheit bietet. Um vorangegangene Infektionen mit dem Covid-19-Virus erfassen und somit beispielsweise Infektionswege nachweisen zu können, fokussieren sich die Forschenden des Fraunhofer IZM aktuell auf diese Anwendung: Während einer Infektion bildet der menschliche Körper bestimmte Moleküle oder Proteine aus, sogenannte Biomarker. Um diese zu erkennen, werden auf der Sensoroberfläche der graphenoxid-basierten Plattform Fängermoleküle platziert. Ob eine Infektion vorhanden ist, wird dann anhand von Differenzmessungen zur Konzentration der Biomarker festgestellt. 3-D-Struktur vergrößert Messfläche Die Besonderheit der Sensorplattform ist das verwendete Material: Graphenoxid zeichnet sich besonders dadurch aus, dass es ein elektrisch leitfähiges und biokompatibles Material ist und eine besonders zuverlässige Detektion zulässt. In der Mikroelektronik wurde es bisher nur in seiner ursprünglichen 2-D-Form verwendet. Die Forschenden des Fraunhofer IZM bringen es jedoch nun in einer 3-D-Struktur in Form von Flocken auf. Dadurch vergrößern sich die Messfläche und auch die Genauigkeit der Messungen. Durch die 3-D-Anordnung der Graphenoxid-Flocken und die daraus resultierende Empfindlichkeit eröffnen sich weitere Anwendungen. So könnten zum Beispiel schädliche Gase, wie Kohlenstoffmonoxid oder Aceton, sogar bei Raumtemperatur erkannt werden. Für aktuelle Sensoren dieser Art müssen die Gase zunächst erhitzt werden, damit eine Oberflächenreaktion stattfinden kann. Durch die Verbindung der Metalloxide mit der sensitiven Oberfläche des Graphen-Sensors reagiert dieser aber bereits bei niedrigeren Temperaturen. Um den Herstellungsprozess für die Massenproduktion zu skalieren, nehmen sich die Forschenden des Fraunhofer IZM einer weiteren Herausforderung an: Die Beschichtung mit Graphenoxid soll auf Wafer-Ebene passieren, sodass hunderte Chips auf einmal bearbeitet werden können. Bis die Schnelltests für die Anwendung bereit sind, müssen die Sensoren in einen Kunststoff-Träger eingebettet und die Zuverlässigkeit des Systems getestet werden. Regulär läuft das Projekt zwar bis zum Frühling 2021 in Hinblick auf die Detektion von Infektionen, jedoch rechnen die Forschenden damit, dass eine Verifizierung des Sensors mit Bezug auf das Coronavirus erst im Sommer 2021 stattfinden kann. Bild: Jezper – stock.adobe.com www.fraunhofer.de 42 VERFAHRENSTECHNIK 11/2020 www.verfahrenstechnik.de

VORSCHAU IM NÄCHSTEN HEFT: 12/2020 ERSCHEINUNGSTERMIN: 04. 12. 2020 • ANZEIGENSCHLUSS: 19. 11. 2020 01 02 03 04 01 Beim Homogenisieren, Conchieren und Coaten hat sich der Einsatz von Pflugschar-Mischern bewährt (Foto: Lödige) 02 Durch die richtige Aufbereitung von Sanden und mineralischen Abfällen lassen sich verwertbare Fraktionen gewinnen (Foto: Huber) 03 Die fortschreitende Digitalisierung und Vernetzung der Anlagen bietet eine weiter wachsende Informationsbasis für die Prozessoptimierung (Foto: Peakboard) 04 Das Internet of Things (IoT) verspricht durch die bessere Vernetzung der Geräte eine höhere Effizienz und vorausschauende Wartung (Foto: Datagroup) Der direkte Weg (Änderungen aus aktuellem Anlass vorbehalten) Internet: www.verfahrenstechnik.de E-Paper: digital.verfahrenstechnik.de Redaktion: redaktion@verfahrenstechnik.de www.verfahrenstechnik.de VERFAHRENSTECHNIK 11/2020 43

Ausgabe

Verfahrenstechnik Handbuch Prozesstechnologie 2019