Labels with magneto-plasmonic properties for immunodiagnostics fabricated by nano-imprint-lithography

LAMPION entwickelt neuartige multifunktionelle hybride Nanopartikel mit sowohl magnetischen als auch Plasmonen-optischen Eigenschaften und deren Anwendung als Nanosonden für die Immundiagnostik. Ziel ist ein Demonstrations-Assay zum Nachweis von NTproCNP, einem klinisch relevanten Biomarker der Schwangerschaftserkrankung Präeklampsie.

Das Ziel von LAMPION ist die Entwicklung von neuartigen multifunktionellen hybriden Nanopartikeln mit sowohl magnetischen als auch Plasmonen-optischen Eigenschaften und deren Anwendung als Nanosonden für die Immundiagnostik. Der innovative Durchbruch besteht in der zuverlässigen Produktion dieser hybriden Nanopartikeln mittels Dünnschichttechnologie und Nanoimprintlithographie, und deren anschließender Überführung in Nanosonden für die Immundiagnostik durch eine Biofunktionalisierung. Solche Sonden werden für die patientennahe Früherkennung einer Schwangerschaftserkrankung in einer innovativen homogenen immundiagnostischen Methode verwendet, welche auf einer optischen Analyse der biofunktionellen Nanopartikeln beruht.

Sozusagen als Nano-Labore erfüllen diese Nanosonden mehrere Funktionen. Die biofunktionelle Oberfläche bildet eine Reaktionszone für spezifische Biomoleküle, während die magnetisch aktivierte Bewegung der Sonde selbst als Indikator für etwaige Bindung dient. Die anisotrope Form in Verbindung mit den plasmonischen Eigenschaften fungiert als optische Antenne für die Signalübertragung. Das Gesamtkonzept bedingt ein sorgfältiges Design und die Umsetzung verschiedener Schritte in der Nanofabrikation und der biofunktionellen Nano-Oberflächentechnik, welche einen nanotechnologiegetriebenen Mehrwert für den patientennahen Nachweis eines Biomarkers durch eine bisher unerreicht niedrige Nachweisgrenze (NG) generieren. Dafür werden spezielle Nano-Effekte genutzt. Dies sind die Verstärkung des photonischen Signals durch lokalisierte Oberflächenplasmonen, die biomolekulare Erkennung über das Schlüssel-Schloss-Prinzip und messbare Änderungen der hydrodynamischen Eigenschaften der Nanosonden bei Analytanbindung aufgrund ihrer vergleichbaren Größe.

Ein weiteres Ziel ist die Verwendung der Nanosonden in einem Demonstrations-Assay zum Nachweis von NTproCNP, einem klinisch relevanten Biomarker der Schwangerschaftserkrankung Präeklampsie, deren Diagnose derzeit aufgrund der niedrigen Konzentration dieses Biomarkers nicht patientennah durchgeführt werden kann. Im Vergleich zu bisherigen Resultaten, beruhend auf chemisch erzeugten Nanopartikeln, benötigt die Detektion von NTproCNP eine Verbesserung der NG um etwa drei Größenordnungen in dieser immundiagnostischen Methode. Diesbezüglich kann eine Steigerung der NG um zumindest zwei Größenordnungen aufgrund der hybriden magnetischen als auch Plasmonen-optischen Eigenschaften der physikalisch strukturierten Nanopartikel erwartet werden, während zumindest eine weitere Größenordnung durch eine verbesserte optische Analyse des NTproCNP Nanosonden-Assays in einer neu entwickelten Kartusche möglich ist. Dafür werden die Nanosonden in eine mikrofluidische Kartusche mit optimierten optischen Eigenschaften integriert, was die Grundlage für ein auf Nanomaterialien basierendes diagnostisches Produkt mit großem Marktpotenzial bildet.

Die Resultate von LAMPION werden den Weg zu einer frühzeitigeren und gründlicheren Diagnostik von Präeklampsie durch die Entwicklung eines patientennahen NTproCNP Tests ebnen; und - aufgrund des universellen Charakters der hybriden Nanopartikel – auch von vielen anderen geringkonzentrierten Biomarkern für andere Krankheiten.