Fraunhofer-Institut für Neue Produktionstechnologien für medizinische Anwendungen mit Hilfe der gedruckten organischen Elektronik
Die organische und großflächige Elektronik ist eine der Zukunftstechnologien unserer Zeit. Sie zielt auf Anwendungen, in denen elektronische Bauteile auf der Basis leitender und halbleitender Kunststoffe gefertigt werden. Kunststoffe mit metallischen oder halbleitenden Eigenschaften sind teilweise seit Jahrzehnten bekannt, die Leistungsfähigkeit dieser Materialien erreicht aber erst in den letzten Jahren durch intensive Forschung die Grenze zur Wirtschaftlichkeit, vor allem durch die Erschließung neuer Materialklassen, die Optimierung von Schichtstapeln und die Realisierung von Druckprozessen mit diesen Materialien.
Für medizinische Anwendungen ist die organische Elektronik insbesondere wegen der extrem kurzen Ansprechzeiten, der Möglichkeit der Miniaturisierung und ihrer Massenmarkttauglichkeit von besonderer Bedeutung. Im Projekt PRIOR stehen individualisierbare therapeutische Lichtquellen und massenmarkttaugliche Biosensoren im Fokus.
OLEDs für therapeutische Zwecke
Organische Leuchtdioden (OLEDs) können als Lichtquelle dienen, die die Wirkung lichtempfindlicher Salben beschleunigen. Solche Salben, die unter anderem in der photodynamischen Hautkrebstherapie genutzt werden, müssen bislang stationär in Kliniken mit teuren Lampen oder Lasern aktiviert werden. Mit einer kostengünstig hergestellten individualisierten OLED-Lichtquelle soll die Therapie gezielt angepasst werden. Die Wellenlänge der OLED kann speziell auf die Eindringtiefe und die Aktivierung angepasst werden, die bei einer dermatologischen Behandlung mit lichtempfindlichen Salben notwendig ist. Durch die geringen Abmessungen und der sehr dünnen Ausführung einer OLED könnten die Hautstellen sehr gezielt bestrahlt werden.
OFETs zur Erkennung von Biomolekülen für klinische Analysen
Organische Transistoren, im speziellen organischen Feldeffekttransistoren (OFET), werden bisher für einfache elektronische Schaltungen und auch als Sensorelement eingesetzt. Werden die halbleitenden Materialien oder die Dielektrika mit biologischen Erkennungsfähigkeiten ausgestattet oder anderweitig funktionalisiert, können DNA, Antikörper, Enzyme oder Proteine detektiert werden.
Der Vorteil gegenüber anderen Sensortechnologien (elektrochemischen oder optisch basierten Sensoren) ist die Fähigkeit, direkt eine Antwort zu liefern. OFETs können leicht miniaturisiert und durch die Verwendung von Drucktechniken massenprodukttauglich hergestellt werden.
Krebsfrüherkennung | Lektine können u. a. als Markerproteine im menschlichen Blut fungieren, die von Krebszellen oder Entzündungsherden freigesetzt werden. Diese Proteine gezielt nachzuweisen, würde eine deutlich verbesserte Früherkennung und Einschätzung der Aggressivität des Krebses sowie Angriffspunkte für Therapien ermöglichen. Spezielle Zucker (Oligo- oder Polysaccharide) zeigen eine hochspezifische Wechselwirkung mit bestimmten Lektinen und werden von diesen als Liganden gebunden. Das sollen sich die zu entwickelnden OFETs, an deren Oberfläche die Zuckermoleküle immobilisiert sind, zu Nutze machen.
Blutzuckernachweis | Für den Nachweis des Blutzuckers sollen Enzyme auf OFETs immobilisiert werden. Bei herkömmlichen Nachweissystemen wird Glucose-Oxidase (GOx) auf einer Elektrode mit Goldoberfläche immobilisert. GOx setzt den Blutzucker (Glucose) zu Gluconsäure und Wasserstoffperoxid um. Das Wasserstoffperoxid zerfällt schließlich unter Abgabe von Elektronen, was zu einem Stromimpuls führt.
Um das große Potenzial der OFETs für die Biosensorik nutzen zu können, müssen neuartige und schonende Strategien für die Immobilisierung der GOx auf OFET-Oberflächen entwickelt werden. Dafür wird das Enzym in eine polymere Matrix eingebettet. Somit soll die hohe Empfindlichkeit und kurze Ansprechzeit von OFETs in Verbindung mit Miniaturisierung und Massenmarkttauglichkeit voll ausgeschöpft werden.