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Messinstrument

Auf der Spur des Corona­virus

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Nahaufnahme einer technischen Vorrichtung. © ISAS​/​TU Dort­mund
Der PAMONO Virensensor kann sichtbar ma­chen, was Viren anrichten.

Während Viren zu klein für die optische Sichtbarmachung sind, kann das, was sie anrichten, sehr wohl sichtbar ge­macht wer­den. Eine Messmethode möchten das Leibniz-Institut für Analytische Wis­sen­schaf­ten (ISAS) und der Sonder­forschungs­bereich (SFB) 876 der TU Dort­mund auf das neuartige Corona­virus Sars-CoV-2 anwenden.

Aus der seit 2010 bestehenden Ko­ope­ra­ti­on des ISAS und der TU Dort­mund könnte eine wirkungsvolle Methode zur Ein­däm­mung des neuartigen Corona­virus entstehen. Mit dem Virensensor zur „Plasmonen-unterstützten Mikroskopie von Objekten in Nanogröße“ (PAMONO) entwickelten Dort­mun­der Physiker, In­for­ma­ti­ker und Mathematiker ein Ins­tru­ment, mit dem Analyseverfahren in Echtzeit und vor Ort durch­ge­führt wer­den kön­nen. Der Sensor kann auch außerhalb von Speziallaboren genutzt wer­den, um den Infektionsstatus großer Gruppen, zum Beispiel Flughafenpassagiere oder Bewohner ganzer Wohnsiedlungen, zu erfassen. Von Probenentnahme – messbar sind Speichel, Blut oder auch Abwässer – bis zum Testergebnis vergehen nur wenige Minuten. Durch dieses Messverfahren kön­nen die Einschleppung, wei­tere Ausbreitung und das Wiederauftreten von Viren verhindert wer­den.

Sensor weist Viren indirekt nach

Denkbar ist der Ein­satz des Sensors nun auch bei der Bekämpfung des neuartigen Corona­virus. Dazu arbeiten die Wissen­schaft­lerinnen und Wis­sen­schaft­ler des ISAS und der TU Dort­mund derzeit mit Anti-SARS-CoV-2-Antikörpern, um den Sensor entsprechend auf die Coronaviren vorzubereiten.

Denn: Der Sensor funktioniert durch Ausnutzung eines phy­si­ka­lischen Effekts, der eine Brücke zwischen Mikrometer- und Nanometer-Bereich schlägt: Viren – so auch Coronaviren – sind Objekte des Nanometer-Bereichs und damit zu klein, um mit optischen Mikroskopen nach­ge­wie­sen zu wer­den, da diesen nur der Mikrometer-Bereich zugänglich ist. Mikroskopen fehlt zum direkten Nachweis von Viren die nötige Vergrößerungskraft. Der Sensor weist Viren hingegen indirekt nach, indem er Veränderungen in der sogenannten Oberflächen-Plasmonen-Resonanz misst, welche die Viren auf dem Sensor verursachen.

Prinzipiell basiert dies auf der Erkennung von markierungsfreien biomolekularen Bindungsreaktionen an einer Goldoberfläche, in einer mit einer CCD-Kamera aufgenommenen Bildserie. Obwohl ein Virus als Ursache nur nanometergroß ist, erstreckt sich die Resonanz als Wirkung über den Mikrometer-Bereich. Diese charakteristischen Veränderungen wer­den durch Bild- und Signalanalyseverfahren basierend auf speziellen Neuronalen Netzwerken er­mit­telt und er­lau­ben eine Ermittlung unterschiedlicher viraler Krankheitserreger mit hoher Detektionsrate in Echtzeit.

Nahaufnahme einer technischen Vorrichtung mit vielen Komponenten. © ISAS​/​TU Dort­mund
For­sche­rin­nen und Forscher des Leibniz-Instituts für Analytische Wis­sen­schaf­ten und der TU Dort­mund prü­fen derzeit, ob sich der PAMONO Sensor gegen das neuartige Corona­virus einsetzen lässt.

„Kostengünstiger, mobil einsetzbarer Sensor“

„So wer­den Viren optisch nachweisbar, was einen kostengünstigen, mobil einsetzbaren Sensor und sehr schnelle Tests ermöglicht“, fasst Dr. Roland Hergenröder zu­sam­men, der die Projektgruppe auf Seiten des ISAS leitet. Er hofft, dass mit der Verfügbarkeit von Anti-SARS-CoV-2-Antikörpern der Sensor somit zeitnah auch zum Nachweis des neuartigen Corona­virus eingesetzt wer­den kann.

Entwickelt wurden Sensor und Analyse-Ver­fah­ren in einer Ko­ope­ra­ti­on aus Physikern, Informatikern und Mathematikern des ISAS und der Lehrstühle für Computergraphik und Eingebettete Systeme der TU Dort­mund im Rah­men des Sonderforschungsbereiches 876, Teilprojekt B2 mit dem Namen „Ressourcen-optimierte Echtzeitanalyse stark Artefakt-behafteter Bildsequenzen zur Detektion von Nanoobjekten“. Gefördert wird dieser Sonder­forschungs­bereich von der Deut­schen Forschungsgemein­schaft mit ins­ge­samt 25 Mil­lio­nen Euro. Prof. Katharina Morik, Gründerin und Lei­te­rin des Bereichs für Künstliche In­tel­li­genz an der Fa­kul­tät für In­for­ma­tik an der TU Dort­mund, warb im Jahr 2011 den Sonder­forschungs­bereich 876 er­folg­reich ein. „Auf den PAMONO Sensor sind wir ohnehin stolz; wenn er nun gegen Co­ro­na eingesetzt wer­den kann, ist das wunderbar“, fasst Morik zu­sam­men.

 

An­sprech­per­so­nen für Rückfragen:

Prof. Katharina Morik, TU Dort­mund
Fa­kul­tät für In­for­ma­tik
Tel. 0231 755-6033
E-Mail: katharina.moriktu-dortmundde

Dr. Roland Hergenröder, ISAS
Leiter der Arbeits­gruppe Bioresponsive Materials
Tel. 0231 13 92-178
E-Mail: roland.hergenroederisasde

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