Ist es das Corona-Virus oder doch eine einfache Erkältung? Schnellen Aufschluss gibt bisher ein Antigen-Schnelltest, doch dessen Genauigkeit lässt zu wünschen übrig. Für einen sicheren Nachweis ist ein PCR-Test unerlässlich. Allerdings ist dieser sowohl deutlich teurer als auch langwieriger: Es kann bis zu zwei Tage dauern, ehe das Ergebnis vorliegt.
Ein Verbund aus Forschenden des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnologie IPT, des Fraunhofer-Instituts für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB sowie des Fraunhofer Center for Manufacturing Innovation in Boston (USA) soll das nun ändern. „Mit unserem Pathogen Analyzer verbinden wir die Vorteile von Antigen- und PCR-Test“, sagt Daniel Reibert, Wissenschaftler am Fraunhofer IPT. „Da wir wie beim PCR-Test das Erbgut der Viren direkt nachweisen, ist der Test äußerst genau. Um das Erbgut zu vervielfältigen, nutzen wir allerdings ein anderes Verfahren, daher liegt das Ergebnis bereits nach 20 bis 40 Minuten vor.“
Pathogen Analyzer: Test personalisiert ausgewertet
Dazu haben die Forschenden auf dem Testchip, der ähnlich groß ist wie ein Antigen-Schnelltest, zahlreiche kleine Hydrogel-Tropfen aufgedruckt, Experten sprechen von Signalpunkten. Auf diesen Chips wird die Probe aufgebracht. Wie bei bisherigen Tests entstammt sie einem Nasen-Rachen-Abstrich und wird in eine Pufferlösung übertragen.
In einem kompakten und mobilen Analyseinstrument wird der Testchip dann auf 62 °C aufgeheizt. Die Pufferlösung und die hohe Temperatur legen das Erbgut des Virus frei und vervielfältigen die Nukleinsäuren, um sie innerhalb der Signalpunkte quantitativ nachweisen zu können.
Diese Reaktion findet bei einer konstanten Temperatur statt. Das in der PCR biochemisch erforderliche Aufheizen und Abkühlen der Probenflüssigkeit entfällt.
Um den Test personalisiert auszuwerten, können Patienten eine Smartphone-App mit dem Analyzer verbinden. Über ein Lichtsignal im Analyzer wird die Menge an Krankheitserreger-Erbgut detektiert und als Endergebnis direkt an die Betroffenen übermittelt.
Mehr als nur Corona-Viren nachweisen
Eine weitere Neuheit: „Jeder Signalpunkt enthält Fängermoleküle, die unter Bestrahlung mit Licht Fluoreszenzstrahlung anderer Wellenlänge abgeben, wenn sie das passende Pathogen gefangen haben. Daher ist jeder Signalpunkt wie ein eigener kleiner Test“, erläutert Reibert. Ein solcher Multiplexing-Ansatz erhöht zum einen die Verlässlichkeit. Zum anderen ermöglicht er es, bis zu zwölf verschiedene Virenarten gleichzeitig mit einer Probennahme und einem Chip nachzuweisen. „Da wir das System als Baukastensystem entwickelt haben, lässt es sich schnell an neue Pathogene anpassen“, erläutert Reibert.
Eine der Herausforderungen lag darin, die späteren Herstellungsprozesse des Tests mitzuentwickeln und sie preisgünstig zu gestalten – schließlich soll der Test in Serie hergestellt nicht mehr als 1 € kosten. Für den Chip selbst setzen die Forschenden daher auf das Rolle zu Rolle-Verfahren. Der Druck der einzelnen Probenpunkte kann entweder über 3D-Druck oder das etablierte Siebdruckverfahren erfolgen.
Test auch für zu Hause geeignet
Langfristig soll der Test auch ohne Analyzer auskommen und komplett über das Smartphone funktionieren: Lichtquelle und Kamera sind im Handy bereits vorhanden, das Heizelement kann im Testchip selbst integriert werden. Dann, so die Hoffnung der Forschenden, könnte der Test nicht nur in zentralen Orten wie Stadien oder Arztpraxen, sondern auch zu Hause schnelle, kostengünstige und verlässliche Ergebnisse liefern – und das direkt für eine Vielzahl an Krankheitserregern.
