Über das Suchen und Finden
von Dr. Markus Gruber
Anwendungsgebiete
In der medizinischen Diagnostik werden Informationen über das Zusammenspiel verschiedener Biomoleküle zur Erkennung von Krankheitsbildern genutzt, die sich anhand bestimmter Biomarker (z. B. Proteine, Antikörper und dgl.) äußern. In der pharmazeutischen Forschung werden potenzielle Wirkstoffe auf Ihre Wechselwirkung mit den durch das Medikament zu beeinflussenden Zielmolekülen getestet (Screening-Prozess). In der Biotechnologie nutzt man derartige Analysen zur Beobachtung von (Herstellungs)Prozessen. Weitere Anwendungsgebiete sind die Umweltanalytik, die Lebensmittel-Technologie sowie der Bereich Biodefense/Security (Sprengstoffsensoren an Flughäfen).
Das Funktionsprinzip von Biosensoren
Neben meist sehr aufwändigen manuellen Analyseverfahren werden in zunehmendem Umfang sog. „Biosensoren“ oder „Biochips“ genutzt, die aus einem technischen Sensor bestehen, an dem eine biomolekulare Komponente (z. B. Proteine, Enzyme, Antikörper, DNA-Fragmente, Zellmaterial, o. ä.) gekoppelt ist. Aufgabe der biomolekularen Komponente ist es, spezifisch auf ein bestimmtes Zielmolekül zu reagieren und im Zuge der Interaktion eine physikalische Messgröße (z. B. Strom, Spannung, optische Messgröße, Änderung einer Resonanzfrequenz, Änderung des pH-Wertes etc.) zu generieren, die mit Hilfe des technischen Messwandlers erfasst und quantifiziert wird. Biosensoren finden sich z. B. in Blutzuckermessgeräten (Generierung eines elektrischen Stroms im Zuge der biochemischen Oxidation von Glucose) oder elektronischen Schwangerschaftstests (Vorhandensein eines Proteins führt zu einer Farbreaktion die durch ein Photometer detektiert wird).
Bei Biosensoren kann zwischen sog. markierungsbasierten (labeled) und markierungsfreien (label-free) Sensoren unterschieden werden. Bei ersteren müssen die zu untersuchenden Biomo-leküle durch chemische Modifikation (z. B. Ankoppeln eines Farbstoffs) für die Messgeräte „sichtbar“ bzw. detektierbar gemacht werden. Diese Markierung bedeutet zusätzlichen Aufwand und birgt die Gefahr einer ungewollten Veränderung oder gar Zerstörung der ursprünglichen Substanzeigenschaften und somit zu verfälschten Messergebnissen. Bei markierungsfreien Sensoren erübrigt sich die Markierung und die damit verbundenen Risiken. Aufgrund der komplexen Messtechnik derartiger label-free Verfahren werden derartige Geräte meist in (Forschungs)Laboren und nicht im niedrigpreisigen Home-Diagnostics Bereich (Blutzucker-Messgeräte, etc.) eingesetzt. In R&D Labors werden oft wenig bekannte biomolekulare Reaktionen untersucht, bei denen nicht bekannt ist, welche nachteiligen Auswirkungen eine Markierung hätte. microQCM adressiert diesen Markt mit kosteneffektiven und auf die Durchsatzbedürfnisse des Kunden skalierbaren Geräten und Sensoren für Labore.
Marktpotenzial
Das Marktpotenzial über alle vertikalen Teilmärkte von Biosensor-Applikationen bewegt sich gegenwärtig um 1,1 Mrd. US$ pro Jahr mit prognostizierten jährlichen Wachstumsraten von 8 – 12% (Quelle: Frost & Sullivan "World Biosensors Markets" #N211-32 (Oktober 2007).