JBCI 2.0 - Jenaer BioChip Initiative 2.0 - Jena

Die InnoProfile-Initiative "Jenaer BioChip Initiative" (2006-2010) will ihr regionales Innovationsprofil mit dem folgenden Vorhaben stärken und weiterentwickeln:

Die InnoProfile-Transfer-Initiative

Etablierte Analyse- und Diagnostikverfahren für biologische, biomedizinische und umweltrelevante Fragestellungen stehen heute im Wesentlichen vor zwei Herausforderungen. Zum einen müssen die Nachweismethoden immer sensitiver und spezifischer werden, zum anderen ist die Entwicklung von vereinfachten, miniaturisierten Verfahren für eine schnelle und präzise Probenvorbereitung von essentieller Wichtigkeit.

Die effiziente Signalverstärkung durch nanostrukturierte Metalloberflächen ermöglicht die Erforschung hochsensitiver und hochspezifischer spektroskopischer Verfahren für eine leistungsstarke Hochleistungsanalytik. Grundlegende Zusammenhänge auf dem Gebiet neuer chipbasierter Nachweisverfahren basierend auf metallischen Nanopartikeln und -strukturen konnten im Zuge der vorangegangenen InnoProfile-Förderung erforscht werden. Aufbauend auf den erfolgreichen Arbeiten und den gesammelten Erfahrungen des InnoProfil Jenaer Biochip Initiative werden im Rahmen der InnoProfile-Transfer-Förderung Methoden für den effizienten und hochspezifischen Nachweis für die Adressierung bioanalytischer Fragestellungen realisiert und ein noch fundamentaleres Verständnis der physikalischen bzw. physikalisch-chemischen Prozesse ermöglicht.

Die Ziele

Im Rahmen der JBCI 2.0 werden grundlegende Forschungen zum Verständnis physikalischer bzw. physikalisch-chemischer Prozesse neuartiger metallischen Nanostrukturen in Kombination mit optischen Nachweisverfahren (SERS, SEF, SEIRA, SPR und THz) sowie die Implementierung innovativer Probenaufbereitungsmethoden durchgeführt. In diesem Zusammenhang werden bioanalytische Fragestellungen bearbeitet, für die bisher nur technologisch und zeitlich sehr aufwändige Nachweisverfahren existieren. Die Erfassung der gesamten Prozesskette, von der Probennahme bis zum Ergebnis, stellt dabei eine wesentliche Herausforderung dar.

Die Forschungsschwerpunkte der JBCI 2.0 adressieren wichtige Fragestellungen der beteiligten Industriepartner und führen somit zur weiteren Stärkung des Forschungs- und Wirtschaftsprofils der Region Jena im Bereich optischer Technologien und Bioanalytik.

Die thematischen Schwerpunkte

Erforschung verschiedener Herstellungsstrategien plasmonischer Substrate

Die Betrachtung plasmonischer Eigenschaften von metallischen Nanopartikeln und -strukturen ist zentral für die Anwendung verschiedener Fabrikationsstrategien. Die plasmonischen Strukturen werden durch bottom-up- bzw. top-down-Techniken hergestellt. Weiterhin wird die Erhöhung der Reproduzierbarkeit der Herstellung vorangetrieben und die Langzeitstabilität der plasmonischen Strukturen aufgezeigt.

Anwendung verschiedener spektroskopischer Auslesetechniken

Mithilfe von Modellanalyten werden zunächst Messparameter zur Applikation verschiedener plasmonischer Strukturen definiert. Diese Arbeiten werden genutzt, um optimierte Messparameter wie Integrationszeit oder Anregungswellenlänge zu finden und zu definieren. Dabei müssen Bedingungen gefunden werden, die eine maximale Signalintensität zulassen. Die zentrale Rolle oberflächenverstärkter Methoden wird insbesondere an Anwendungsbeispielen aus der Rückstands- und Bioanalytik gezeigt.

Etablierung angepasster Probenaufarbeitungsstrategien

Ein großes Problem bei der Isolierung bzw. Anreicherung von Analyten aus Realproben ist die oft sehr heterogene Zusammensetzung. Die gesuchten Substanzen liegen häufig in sehr kleinen Konzentrationen vor oder werden durch andere Substanzen maskiert. Zielführend werden maßgeschneiderte Lösungen verschiedener Aufreinigungsmethoden optimiert und erforscht, die Probenvolumina im Bereich von 500 µl bis 1 ml (Bioanalytik) bis hin zu mehreren hundert Millilitern (Umweltanalytik) realisieren.

Erforschung verschiedener Probenanreicherungsverfahren (Modifikation der Sensoroberflächen)

Die Probenanreicherung spielt neben der Probengenerierung eine wesentliche Rolle in der Probenvorbereitung. Daher werden verschiedene Aspekte zur Modifikation der Oberflächen metallischer Nanopartikel für eine sensitive und spezifische Analyse von Zielsubstanzen betrachtet.

Demonstration eines Labormusters

Die gewonnenen Expertisen auf dem Gebiet der modularen Probenaufarbeitung und Probenvorbereitung in Kombination mit leistungsstarken plasmonischen Strukturen, die gezielt auf die Anwendung und Auslesetechnik zugeschnitten sind, werden in einem Labormuster zusammengeführt.

Die Partner

Die Forschungsaktivitäten der InnoProfile-Transfer-Initiative werden durch regionale Industriepartner finanziell unterstützt:

  • Analytik Jena AG
  • Supracon AG
  • Optics Balzers GmbH
  • Food GmbH Jena Analytik-Consulting
  • Moldiax GmbH Jena

Kontakt

Prof. Dr. Jürgen Popp
Dr. Karina Weber (Nachwuchsgruppenleiterin)

Friedrich-Schiller Universität Jena
Chemisch-Geowissenschaftliche Fakultät
Institut für Physikalische Chemie
Helmholtzweg 4
07743 Jena
Tel.: 03641 948-320
Fax: 03641 948-302
E-Mail: juergen.popp[at]uni-jena.de
E-Mail: karina.weber[at]ipht-jena.de

Institut für Photonische Technologien e.V. Jena
Albert-Einstein-Straße 9
07745 Jena
Tel.: 03641 206-309     
Fax: 03641 206-399



Nähere Informationen zum vorangegangenen InnoProfile-Projekt "Jenaer BioChip Initiative (JBCI)" finden Sie hier. Weitere Informationen zu dem ebenfalls aus dieser InnoProfile-Initiative hervorgegangenen InnoProfile-Transfer-Verbundprojekt "QuantiSERS" finden Sie hier