Das optION-Sensor-Projekt

Im menschlichen Körper spielen die Elektrolyte Natrium, Kalium, Calcium, Chlorid sowie Wasserstoffionen (der pH-Wert) eine wichtige Rolle für den Wasserhaushalt. In der medizinischen Diagnostik wird die Konzentration der Elektrolyte im Blut sehr häufig überprüft, z.B. bei Nierenerkrankungen, Herzinsuffizienz, Alkoholvergiftung, Diabetes mellitus und Durchfall. Störungen der Elektrolyt-Konzentration haben unter Umständen dramatische Folgen. So können bei einer zu geringen Natriumionen-Konzentration Hirnzellen anschwellen und ein Koma verursachen. Dies will man z.B. bei der Behandlung von Kindern im Krankenhaus verhindern. Die Blutentnahme ist bei den kleinen Patienten schwierig und es können nur kleine Blutproben gewonnen werden.

Die aktuell verwendeten Elektrolytmessgeräte brauchen für jeden Elektrolyten einen separaten Messfühler. Dies erfordert ein gewisses Probenvolumen (70-80 µL), damit alle Messfühler überströmt werden können. Das Blutvolumen, das von Kleinkindern entnommen werden kann, reicht dafür oft nicht aus.

Das Ziel des „optION-Sensor“ Projektes ist es, ein neues Messprinzip aus der Photonik zu erforschen, das eine Analyse von sehr kleinen Blutvolumina ermöglicht. Dabei kommen optische Mikroring-Resonatoren zum Einsatz. Dies sind Lichtleiter in der Form eines Ringes, durch die Laserlicht geleitet wird. Wenn sich an der Oberfläche des Ringes eine Substanz ablagert, so verändert dies seine optischen Eigenschaften. Die Änderung der Eigenschaften steht dabei im Verhältnis zur Menge der angelagerten Moleküle. Da bereits kleinste Veränderungen in den optischen Eigenschaften gemessen werden können, kann eine sehr kleine Stoffmenge mit einer hohen Genauigkeit detektiert werden. Die Mikroring-Resonatoren werden mit Fängermolekülen (Ionophoren) zur spezifischen Bindung der Elektrolyte beschichtet. Durch die Kombination mit einem Mikrofluidik-Modul können mehrere unterschiedlich beschichtete Mikroringe mit einer Blutprobe überströmt werden. So können aus weniger als 20 µL Blut alle Elektrolytkonzentrationen bestimmt werden.