Biosensorik Potential für Medizin und Life Sciences

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1 Biosensorik Potential für Medizin und Life Sciences J. Weber, Analytik Jena AG, Jena

2 Analytik Jena - Ausbalanciertes Portfolio High-End-Analysesysteme für qualitative und quantitative Untersuchungen von Flüssigkeiten, Feststoffen und Gasen. ANALYTICAL INSTRUMENTATION Systemanbieter für die Bioanalytik und molekulare Diagnostik in den Bereichen Life Science und Biotechnologie. Hochleistungsoptik für den Consumer-Bereich unter der Marke DOCTER für anspruchsvolle Jagd-, Sportund Profi-Anwendungen LIFE SCIENCE OPTICS

3 Produkte mit Alleinstellungsmerkmal contraa 700 Revolutionierend neue Technologie! MobiLab Your Lab to go. DOCTER sight Das Reflexvisier der neuesten Generation Spurenelement-Analyse von flüssigen und festen Proben in einem Gerät Kooperation mit dem ISAS Berlin Molekular-diagnostisches Labor im Handtaschenformat Kinderleichte Bedienung auch für Laien Mit seiner Länge von 46 und der Höhe von 23,7 mm ist das DOCTER sight das kleinste Reflexvisier der Welt.

4 Diagnostik Roadmap Quelle: F. Breussin, Yole Development

5 IVD-Markt als Indikator Marktgröße und Trend Teilmarkt Anteil am Gesamt- IVD-Markt Wert (Mrd. ) Immunoassays 31 3,5 klinische Chemie 26 3,0 POCT 15 1,7 Mikrobiologie 9 1,0 molekulare Diagnostik 7 0,8 Hämatologie 7 0,8 Koagulation 5 0,6 Summe ,4 Quelle: Frost & Sullivan Quelle: Frost & Sullivan Wachstumsrate für POCT und molekulare Diagnostik : 15% p.a.

6 Biosensorik Beispiele Bedarfe Lebensmittel Allgemeine Bedenken gegen alkoholfreie Erfrischungsgetränke Inhaltsstoffe wie Zucker, Süßstoffe (z.b. Aspartam), Farbstoffe Unerwünschte Inhaltsstoffe Migrationsstoffe aus Verpackungen (z.b. BPA, östrogenartige Stoffe aus PETFlaschen) Pestizide, Acrylamid (Kaffee) Produktionsfehler, z.b. Fremdkörper, z.b. Glas Allergene (Kreuzkontamination) Mikrobiologische Kontamination Kriminelle Handlungen Produktmanipulation (Ernst Bundschuh, Coca-Cola GmbH) Biotechnologie Process Analytical Technology (PAT) dient der Erhöhung der Produktqualität durch standardisierte Kontrollen und der Dokumentation kritischer Größen während der Produktion (Inprozesskontrollen) ist von der FDA eine gleichnamige Initiative auch für die pharmazeutische Industrie gestartet worden. Dieses wird durch qualitative und quantitative Analyse chemischer Prozesse während des laufenden Prozesses erreicht. Üblicherweise werden in chemischen Anlagen nur die physikalischen Parameter in Echtzeit erfasst und zur Anlagensteuerung oder -regelung herangezogen. Wenn jedoch komplexe chemische Zusammenhänge in einem Prozess beobachtet, dokumentiert oder für Regelungszwecke genutzt werden sollen, müssen auch chemische Parameter in Echtzeit beobachtet werden.

7 Biosensorik Wo stehen wir? Nukleinsäurenachweistechniken PCR und Detektion Ist das der Vergleich? + = In vielen Techniken ist die Entwicklung intensiv vorangeschritten. Diesem Vergleich müssen sich die Mikrotechniken stellen. =

8 Herausforderungen Viele sind noch zu meistern Quelle: Emerging Infectious Diseases, Volume 15, Number 10 October 2009 Quelle: W. Kaminski, Neue POCT-Technologien Wird es eine Killer-Applikation geben? Kann man einen Vergleich zur Elektronikbranche ziehen? Ist Miniaturisierung für alle Anforderungen möglich? Quelle: Inverness Medical

9 Ziele Wo geht die Reise hin Quelle: Quelle: Quelle: Roche

10 Herausforderungen Viele sind noch zu meistern Schnittstellen Aufbau- und Verbindungstechnik Materialien Produktionsprozesse Kommunikation Integration von molekularen Prozessen Interaktionen sensorischen Molekülen Nutzung gezielter Moleküleigenschaften Qualitätsanforderungen Rechtliche Bedingungen Akzeptanz Schnittstellen Aufbau- und Verbindungstechnik Materialien Produktionsprozesse Kommunikation Interdisziplinäre Ansätze

11 Nachweisprinzip Substanzerkennung mittels Antikörper (Beispiel) ELISA Prinzip (Enzyme-Linked Immunosorbent Assay) Anbindung der Zielmoleküle Bindung erster Antikörper Enzym markierte zweite Antikörper Enzym setzt Substrat zu Farbstoff um Auslesen der Farbstoffintensität in einem optischen Reader ELISA Nachweisgrenzen ng-pg/ml

12 Elektrochemische Detektion Sensorchip für die Multiplex-Detektion gold Lacquer Nitride SiO 2 Silizium Technologie Silicon Silicon oxide Lacquer Nitride 500 S500 µm Silicon Silicon i µm Position 1 Position 2 Mikrosystemtechnik Biochemie Mikrofluidik Elektrochemie automatisiertes Analysesystem

13 Elektrochemische Detektion Prinzip specific modification of the chip with different capture molecules

14 Elektrochemische Detektion Prinzip binding of target molecules

15 Elektrochemische Detektion Prinzip binding of target molecules

16 Elektrochemische Detektion Prinzip enzyme binding

17 Elektrochemische Detektion Prinzip redox cycling and detection

18 Elektrochemische Detektion Prinzip electrical readout tagets x1; x2 not detected Target y detected positive control contact pads for the electrical readout

19 Der Wachstumskern BASIS 3D- Hydrogel- Knowhow Mobile Analytik 3D- Hydrogel- Toolbox Unternehmen mit Produkten in: Biomedizin, Bioanalytik und Medizintechnik Mess-, Steuerungs- und Gerätetechnik Gelenk- und Dentalimplantate Kern Know-How Hydrogele: Synthese, Passivierung, Strukturierung und Funktionalisierung Strukturierungsverfahren (makro-, mikro- und nano-) Hochdurchsatztechniken und kombinatorische Verfahren

20 Unsere Vision ein Bündnis mit Alleinstellung an den Märkten New Dimensions for Biointerfaces: Toolbox mit funktionalen 3D-Hydrogel- Beschichtungen Zielstellung des Bündnisses bis 2020: Internationale Alleinstellung durch die Entwicklung hydrogelbasierter Mittelfristig: Produkte in den Marktsegmenten Messtechnik antiadhesiv umweltresistent Mobile Analytik sensitiv selektiv Langfristig: Kombination der Eigenschaften zu einer völlig neuen Produktgeneration: Implantierbare Sensorik Implantologie antibakteriell osteotintegrativ 3D-Biointerfaces bei bioaktiven und funktionsstabilen Produkten für die stark wachsenden Märkte in der Biomedizin sowie der Biound Umweltanalytik Angestrebte Umsatzsteigerung: 80 Mill. Zusätzliche Arbeitsplätze: 150

21 Nutzung der Hydrogele für sensorische Anwendungen Steuerung der Sensitivität und Selektivität - Kopplungseffekte - Filterwirkungen - Barrieren

22 Erzeugung von funktionellen Strukturen für die Messtechnik, Analytik und Implantologie

23 (Bio-)Sensorik in Thüringen stark Große Anzahl an Unternehmen in der Sensorbranche Industriecluster, z.b. Verbände, z.b.

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