Hintergrund

Die jüngsten weltweiten Epidemien haben den Bedarf an zugänglichen, schnellen und präzisen Biosensor-Plattformen deutlich gemacht. Biologische Rezeptoren, wie z. B. Antikörper, bieten zwar eine empfindliche und selektive Erkennung von Zielanalyten, sind jedoch kostspielig, ressourcenintensiv und anfällig für Umweltbedingungen. Daher wurden erhebliche Anstrengungen unternommen, um künstlich hergestellte alternative Rezeptoren wie molekular geprägte Polymere (MIPs) zu entwickeln. MIPs können durch Synthese einer Polymermatrix in Gegenwart von Templatmolekülen (Analyten) gebildet werden. Der Mechanismus zur Herstellung von MIPs umfasst mehrere Schritte: Zunächst wird ein Vorpolymerisationskomplex zwischen dem Templat und funktionellen Monomermolekülen gebildet. Dann findet die Polymerisation in Gegenwart eines Vernetzers statt, was zur Bildung einer Polymermatrix führt. Schließlich werden die Templatmoleküle extrahiert, wobei 3-D-Hohlräume zurückbleiben, die zum extrahierten Templatmolekül komplementär sind. Die Elektropolymerisation ist eine gut etablierte Technik, die die kontrollierbare Bildung von MIPs auf Elektrodenoberflächen ermöglicht. Die Erkennungsstellen gewährleisten eine spezifische (Wieder-)Bindung von Zielanalyten während der Detektion. Die elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS) bietet einen markierungsfreien, schnellen und empfindlichen Nachweis. Das Impedanzsignal ändert sich mit den physikalischen und biochemischen Prozessen, die an der Elektrodengrenzfläche ablaufen, was für Biosensoranwendungen besonders interessant ist.

Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung der impedimetrischen Erfassung von Biomarkern (NGAL und Cystatin C) im Frühstadium der akuten Nierenschädigung (AKI) mit Hilfe von MIPs. Zu diesem Zweck werden MIPs durch Elektropolymerisation synthetisiert und die Detektion wird durch EIS-Analyse charakterisiert, wobei sowohl ein faradaischer als auch ein nicht-faradaischer Ansatz verfolgt wird. Eine geeignete, bereits etablierte Ersatzschaltung (EC) wird zur Anpassung der generierten Daten verwendet. Um dieses Ziel zu erreichen, wird die Eignung der hergestellten MIP für den Nachweis von Analyten getestet, um ihre Nützlichkeit für die Biosensorik zu beweisen.

Zielsetzungen und Arbeitspakete:
Die Arbeitspakete hängen vom aktuellen Stand des Projekts ab und umfassen in der Regel Folgendes:

- Literaturstudie, um Erkenntnisse über MIPs, EIS und AKI im Frühstadium zu gewinnen
- Studien zur Detektion
- Studien zur Selektivität
- Studien zur Spezifität
Zusätzlich zu den theoretischen und experimentellen Arbeiten sollten verschiedene Softwareprogramme (z. B. Gamry Toolkit, OriginLab) geschult werden. Die Ergebnisse werden in einem Abschlussbericht und in einer Präsentation dargestellt. Für die Bewertung und Benotung der Arbeit zählt nur das schriftliche Material.

Startdatum: sofort
Ersteller der Aufgabe: Prof. Dr.-Ing. habil. Matthias Franzreb
Betreuer: Dr. Gözde Kabay, Meriem Kassar, M.Sc.