Neue Anwendungen m枚glich
Leistungsf盲higkeit von Biosensoren verdoppelt
Selbst den Blutzuckerspiegel messen und bedarfsgerecht Insulin dosieren: Das erm枚glichen schon heute Biosensoren, die von Diabetes Betroffene selbst anwenden k枚nnen 鈥� schnell und ohne Labor. Auch in anderen Bereichen werden Biosensoren bereits eingesetzt, doch f眉r zahlreiche vielversprechende Anwendungen sind sie zu ungenau. Das betrifft beispielsweise den Kreatininwert, einen wichtigen Wert f眉r die Nierenfunktion. Das Potenzial von Biosensoren l盲sst sich so bisher nicht voll aussch枚pfen.
Nicolas Plumer茅, Professor f眉r an der TUM, Huijie Zhang, ehemalige Mitarbeiterin an seiner Professur und nun Professorin f眉r New Energy an der Nanjing University of Science and Technology in China, und Mohamed Saadeldin, Doktorand an der TUM, wollten das 盲ndern: In einer Laborstudie konnten sie die Messgenauigkeit von Oxidase-Biosensoren bei den Stoffwechselprodukten Glucose, Lactat und Kreatinin von etwa 50 Prozent auf 99 Prozent erh枚hen, ohne dass die Sensoren erst entsprechend kalibriert werden m眉ssen. Lactat wird zum Beispiel bei der 脺berwachung kritisch kranker Patientinnen und Patienten gemessen. Das er枚ffnet laut dem Team neue Anwendungsfelder f眉r die Sensoren. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift 惫别谤枚蹿蹿别苍迟濒颈肠丑迟.
Sauerstofff盲nger r盲umt im Sensor auf
Die Ursache der bisherigen Messungenauigkeit liegt in der Wirkungsweise der Sensoren begr眉ndet. Sie nutzen Oxidasen, also Enzyme, die Stoffe wie Glucose zu Glukonlakton und Elektronen umwandeln. Dabei werden die Elektronen auf im Sensor verbaute Elektroden 眉bertragen und erzeugen Strom. Je mehr von einem Stoff vorhanden ist, umso h枚here Stromwerte zeigt das Display an. Das Problem: Die Oxidase 眉bertr盲gt Elektronen nicht nur an die Elektrode, sondern auch an Sauerstoff aus der Umgebung. Diese fehlgeleiteten Elektronen werden somit nicht mehr zu Strom umgewandelt, das Signal f盲llt schw盲cher aus und die gemessene Konzentration ist niedriger als die tats盲chliche.
Um dieses Problem zu l枚sen, haben die Forschenden einen Sauerstofff盲nger entwickelt. Er besteht aus einer Alkohol-Oxidase, die den zus盲tzlich vorhandenen Sauerstoff kontrolliert verbraucht, indem sie ihn in Wasser umwandelt. Mit dem eigentlichen Substrat, also der Glucose, dem Kreatinin oder dem Lactat, reagiert die Alkohol-Oxidase hingegen nicht. Der eigentlichen Oxidase stehen nach dieser 鈥濧ufr盲umaktion鈥� f眉r die Substratbestimmung nur noch wenige Sauerstoffmolek眉le zur Verf眉gung, sodass sie ihre Elektronen fast vollst盲ndig an den Sensor 眉bertragen.
Einsatzm枚glichkeiten von der Medizin bis zur Landwirtschaft
鈥濿ir sehen eine gro脽e Bandbreite neuer und erweiterter Anwendungsfelder und das Potenzial, in Zukunft bei der Bestimmung mancher Werte auf die Testung im Labor zu verzichten鈥�, sagt . 鈥濱m Bereich der personalisierten Medizin k枚nnten diese Biosensoren zur Kalibrierung von tragbaren Sensoren, sogenannten Wearables, eingesetzt werden. So k枚nnten diese verl盲sslichere Gesundheitsdaten liefern und fr眉hzeitig auf Probleme hinweisen oder bei der bedarfsgerechten Dosierung von Medikamenten unterst眉tzen. Auch im Bereich der KI-gest眉tzten Medizin w盲re ein Nutzen denkbar, denn hier sind wir auf gro脽e Datenmengen angewiesen, die wir mit diesen verbesserten Biosensoren erheben k枚nnten.鈥�
Nicolas Plumer茅 sieht auch 眉ber die Medizin hinaus Potenzial f眉r die Sensoren und arbeitet bereits daran, die Ergebnisse in die Praxis zu bringen. Auf Basis des Forschungsprojekts LiveSen-MAP haben er und ein Team einen nach dem gleichen Prinzip funktionierenden Test zur Bestimmung des Stickstoffgehalts in Weizenpflanzen entwickelt. So k枚nnen D眉ngema脽nahmen vor Ort bedarfsgerecht angepasst und 脺berd眉ngung vermieden werden. 贵眉谤 landwirtschaftliche Betriebe bedeutet das geringere Kosten und zugleich eine Entlastung f眉r die Umwelt.
Zhang, H.; Saadeldin, M. G.; Buesen, D. et al.: A universal oxygen scavenger for oxidase-based biosensors. Sciences Advances 2025,
- Nicolas Plumer茅 ist Professor am
- Die Studie wurde durch die Europ盲ische Union im Rahmen von 驳别蹿枚谤诲别谤迟.
Kontakte zum Artikel:
Prof. Dr. Nicolas Plumer茅
Technische 鲍苍颈惫别谤蝉颈迟盲迟 惭眉苍肠丑别苍
Tel. +49 (9421) 187 - 400
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