Das InnoProfile-Vorhaben

 

Die Nachwuchsforschungsgruppe der Jenaer BioChip Iniative (JBCI) besteht aus insgesamt sechs Mitgliedern (Gruppenleiter, Postdoc, Ingenieur und drei Doktoranden). Diese werden zusätzlich von Diplomanden und studentischen Hilfskräften unterstützt. Die JBCI entwickelt neue Technologien für die chipbasierte Detektion von Biomolekülen für die Point-of-Care-Analytik. Dazu ist im Bereich Forschung, aber auch in der Aus- und Weiterbildung eine enge Zusammenarbeit mit den Bioanalytik- als auch Optik-Firmen der Region angestrebt. Für kleine und mittelständische Firmen ist eine innovative Forschungstätigkeit für ein Überleben am Markt unerlässlich, war bisher jedoch oftmals nur schwer zu realisieren. Dieser Tatsache entspricht die JBCI durch eine stärkere Vernetzung der Firmen im Gebiet der chipbasierten Analytik mit den entsprechenden Forschungseinrichtungen vor Ort. Das in der Nachwuchsforschungsgruppe erarbeitete Wissen soll unter anderem über Schulungs- und Weiterbildungsaktivitäten reibungslos in die beteiligten Firmen fließen. Die JBCI soll sich somit zu einer Art firmenübergreifenden F&E-Gruppe entwickeln.

Die Ziele

Mit Hilfe von Biochips können Biomoleküle und deren Reaktion in kurzer Zeit analysiert werden. Dazu werden auf eine Chipoberfläche gezielt Biomoleküle, so genannte Fängermoleküle, gebunden. Diese gebundenen Fängermoleküle reagieren dann spezifisch mit ihren komplementären Partnern und es kommt zu einer Bindungsreaktion. Da viele unterschiedliche Fängermoleküle in verschiedenen Spots auf einer Chipoberfläche gebunden sind, können somit eine Vielzahl von Biomolekülen parallelisiert untersucht werden. Außerdem benötigt man im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren sehr geringe Probenmengen und die Analysezeiten können deutlich verkürzt werden. Biochips können zum Beispiel in der klinischen Diagnostik zum Nachweis von genetischen Veränderungen, Bakterien oder Viren eingesetzt werden. Es ist aber ebenfalls möglich, Biochips zur Kontrolle von Lebensmitteln und Wasser auf biologische Kontaminationen einzusetzen.

Damit Biochips ihr volles Potential in der alltäglichen Diagnostik entfalten können, ist es unablässig bei ihrer Entwicklung besonderes Augenmerk auf applikationsbasierte Fragestellungen wie die Robustheit des Verfahrens, die Kosteneffizienz oder die Kompatibilität mit der industriellen Fertigung zu legen. Im Rahmen der JBCI sollen kleine, robuste und kostengünstige Analysesysteme mit innovativem Detektionsverfahren für eine chipbasierte DNA-Analytik entwickelt werden, welche eine Analytik außerhalb von spezialisierten Laboren ermöglichen. Neben diesem wissenschaftlich-technologischen Ziel wird zusätzlich der Aufbau eines lokalen Wissenschafts- und Wirtschaftscluster im Bereich der chipbasierten Analytik angestrebt. Damit soll auch die Weiterentwicklung und Vermarktung von chipbasierten Diagnostiksystemen weiter vorangetrieben werden und die Region Thüringen als Wirtschaftsstandort gestärkt werden. Die angestrebte Vernetzung der regionalen Firmen trägt außerdem zur Schaffung einer geschlossenen Wertschöpfungskette bei. Durch den Einsatz von Biochips sollen außerdem Qualitätsstandards für Patienten und Verbraucher gesichert und ausgebaut werden.

Weitere wichtige Ziele der JBCI sind der Technologietransfer in Richtung regionaler Firmen durch intensiven Personalaustausch, die Organisation von Workshops und Tagungen sowie verschiedene Weiterbildungsangebote. Außerdem werden mit Hilfe der beteiligten Unternehmen die Entwicklung neuer Assays, die gemeinsame Technologieentwicklung und die Vorbereitung von Systemlösungen für die Biochipanalytik vorangetrieben.

Die thematischen Schwerpunkte

In der Forschung werden in der JBCI vier Teilprojekte bearbeitet. Ein Teilprojekt beschäftigt sich dabei mit den Grundlagen der Chiptechnologie und ihren Vorteilen für die molekulare Detektion. Des Weiteren werden unterschiedliche Ansätze zur gezielten Immobilisierung von Biomolekülen auf verschiedenen Chipsubstraten sowie die Markierung von Biochips mit metallischen Nanopartikeln und die spezifische Metallabscheidung zur Signalverstärkung untersucht. In drei anwendungsorientierten Teilprojekten werden die erzielten Ergebnisse dann auf drei Applikationsthemen mit unterschiedlichen Detektionsmechanismen übertragen.

Nach der Art der jeweiligen Auswertung der Biochips sind auch die drei Teilprojekte unterteilt:

• Optischer DNA-Chip: Nutzung der speziellen optischen Eigenschaften von metallischen Nanopartikeln bei der Auswertung von Biochips
• Elektrischer DNA-Chip: Entwicklung und Anpassung der Auswertung von Biochips mit einem einfachen und robusten elektrischen Detektionsverfahren, welches auf einer Widerstandsmessung beruht
• Raman-Label-Chip: Entwicklung eines Nachweisverfahrens mit Goldnanopartikel- Konjugaten und einer Detektion mittels oberflächenverstärkter Raman-Spektroskopie

Die Bearbeitung dieser Projekte erfolgt in enger Zusammenarbeit mit dem Institut für Physikalische Hochtechnologie (IPHT) in Jena und der Friedrich-Schiller-Universität Jena (FSU). Das IPHT besitzt langjährige Erfahrung in der Markierung von Biochips mit metallischen Nanopartikeln und der Auswertung solcher Biochips. An der FSU Jena in der AG Popp (Institut für Physikalische Chemie) bestehen besondere Erfahrungen in der Entwicklung und Hardware-technischen Umsetzung von optischen und spektroskopischen Verfahren, insbesondere von der Raman-Spektroskopie. Diese Erfahrungen werden in der JBCI gebündelt und für die chipbasierte Biochipanalytik weiterentwickelt.

Die Partner

• Analytik Jena AG, Jena
• Dyomics GmbH, Jena
• CLONDIAG chip technologies GmbH, Jena
• Quantifoil Instruments GmbH, Jena
• Senova GmbH, Jena
• BLEI INSTITUT GmbH, Jena
• Schott Jenaer Glas GmbH, Jena
• NMR-Service Erfurt GmbH, Erfurt
• Chemiewerke Bad Köstritz GmbH, Bad Köstritz
• Scanbec GmbH, Halle
• Heraeus Sensor Technologies GmbH, Kleinostheim

Kontakt

Koordinator
Prof. Dr. Jürgen Popp
Friedrich-Schiller-Universität Jena
Institut für Physikalische Chemie
Helmholtzweg 4
07743 Jena
Tel.: (03641) 948320
Fax: (03641) 948302
E-Mail: Juergen.Popp[at]uni-jena.de

Die InnoProfile-Initiative entwickelt ihr regionales Innovationsprofil mit der InnoProfile-Transfer-Nachwuchsgruppe JBCI II und dem InnoProfile-Transfer-Verbundprojekt QuantiSERS weiter.