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Portable Biosensorik

für die schnelle Bestimmung von

Qualitätsparametern in Lebensmitteln und Rohstoffen

Dr. Gundula Piechotta

Fraunhofer Institut für Siliziumtechnologie

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Elektrischer Array-Biochip auf Siliziumbasis

Maße: 8 x 10 mm

on-Chip

Heizung

Gegenelektrode

Messpositionen

Referenzelektrode

Kontakte

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*

Eine technologische Plattform* Verschiedene Methoden und Applikationen

Detektion

auf Goldelektroden Arrays

Anwendungsspektrum

Elektrische Biochip Technologie

Proteinez.B. Antigene/Allergene, Enzyme, Antikörper, Toxine, Mikroorganismen

NukleinsäurenDNA, RNA vonViren, Bakterien

Haptenez.B. Antibiotika, Mykotoxine

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Prinzip des Immunoassays

auf elektrischen Biochips

Stromsignal

redox-cycling

1. Biochip mit unterschiedlichenFängerantikörpern

2. Zugabe einer Probe

3. Zugabe vonDetektorantikörpern

4. Zugabe vonEnzymkonjugat

5. Zugabe von Substrat und Auslesung

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Beispiel für Belegung der Messpositionen mit Fänger-Antikörpern: Toxinmessung

1

145 11

9

10

12

74

8

6 15

16

13

3

2

Positionen 1-3: Positivkontrolle

Positionen 4, 5: anti-SEB

Positionen 6; 8: anti-Ricin

Positionen 7, 9: anti-BoNT E

Positionen 10, 11: anti-BoNT B

Positionen 12, 14: anti-BoNT A

Positionen

13, 15, 16: Negativkontrolle

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Piezospotter

für positionsspezifische „Bio“-Beschichtung

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Biochip-Messgerät (Demonstrator)

ReagenzienWaste

Probe

Chipadapter (AJ eBiochipGmbH)

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Toxinnachweis –

Messprinzip Sandwich-ELISA

0/0 0,2/10 0,5/20 1,0/30 2,5/405,0/50 7,5/60

10,0/70

Bot E

Bot B

Bot ARicin

SEB

0

10

20

30

40

50

60

70

Sign

al [n

A/m

in]

c SEB,Ricin/BoNT A,B,E [ng/ml]

Getestete Lebensmittel-

Matrices:

Messungen aus :-

Speiseeis-

Milch- Bier- Apfelschorle- Mehl- Stärke- Boden

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Mikroorganismen: Candida

albicans

(Sporen) und E. coli

–

Nachweis über Oberflächenantigene

Candida albicans

0

10

20

30

40

50

60

70

80

1,E+00 1,E+02 1,E+03 1,E+04 1,E+05 1,E+06

Sporenanzahl [n/ml]

Sens

orsi

gnal

[nA/

min

]

Escherichia coli (O157:H7)

05

101520253035

0 5*104 1*105 2*105

E. coli (cfu/mL)

Sign

al (n

A/m

in.)

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Haptene: Penicillin G und Ochratoxin

-

kompetitiver

Immunoassay

Penicillin G

0

50

100

150

200

250

0 2 4 6 8 10Penicillin (ng/ml)

Sign

al (n

A/m

in.)

Ochratoxin A

0

200

400

600

800

1000

1200

0 5 10 15 20

OTA [ng/ml]

Sign

al [n

A/m

in]

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Vorteile des elektrischen Biochip Systems

-

Universelle Plattform

-

Hohe Sensitivität und Selektivität

-

Schnelle Testdurchführung (10-15 min.)

-

Messungen in unterschiedlichen flüssigen Probenmatrices

-

Geringer Proben-

und Reagenzienverbrauch

-

Gute Reproduzierbarkeit

-

Transportables System

-

Vor-Ort Messungen möglich