Blutanalytik und Biosensorik mit Schwingquarzen

Abstract

In dieser Arbeit wurde ein Sensorsystem aufgebaut, mit dem immunologisch relevante Messungen durchgeführt werden können. Dabei wurde als Sensor ein Schwingquarz verwendet (QCM), der mit einer Frequenz von 10 MHz arbeitet und in einer Fließ-Injektionsanlage (FIA) eingebaut war. Dieser Sensor wurde durch eine Antikörperbeschichtung funktionalisiert, so dass die Bestimmung der Blutgruppe AB0 und Ermittlung des Rhesusfaktors ermöglicht wurde. Die Immobilisierung der Antikörper wurde durchgeführt, indem 3 Verfahren getestet wurden: Antikörper (AK) direkt auf Gold (Physisorption), via Thiolalkane und via Protein A. Es zeigte sich, dass die Goldelektrode des Quarzes mit einer Protein A-Antikörperbeschichtung mit Abstand am besten funktionierte. Durch Weiterentwicklung der Beschichtung konnten sowohl IgG- als auch IgM-Antikörper angekoppelt werden. Dies machte eine Rhesusbestimmung möglich, bei der kein Bromelin (Vorbehandlung des Blutes) verwendet werden muss. Als Analyt wurde Vollblut verwendet, und es zeigte sich, dass für eine vollständige Blutgruppenbestimmung (AB0) 50 nl Vollblut ausreichten, um eine sichere und schnelle Analyse (2 Minuten, Verdünnung des Vollbluts 1:40.000) zu erhalten. Unspezifische Bindung konnte durch Optimierung des Flusspuffers unterbunden werden. Die universelle Beschichtung ermöglicht eine Anwendung des miniaturisierbaren Systems auf praktisch jedes immunologisch relevante Analytikproblem.

In this work a sensor system has been established for immunologic relevant measurements. A quartz crystal microbalance (QCM, 10 MHz) was used and coupled with a flow injection system (FIA). The antibody-functionalized quartz can be used for blood grouping (AB0 system and rhesus factor). Immobilisation of the antibodies on the gold electrode of the quartz was performed in three different ways: Physisorption of the antibodies on gold, coupling via alkanethiols and coupling via Protein A. The results showed an excellent coupling using the Protein A-method. Further developments made an immobilization of IgG and IgM-antibodies possible, so an universal coating procedure was established that meets the requirements for nearly every immunological-based analytical task. Whole blood was used as analyte, and a secure and fast determination of the blood group was possible with 50 nl of blood (untreated whole blood diluted 1:40.000) within 2 minutes. Optimization of the flow buffer eliminated unspecific binding and made the determination of the rhesus factor possible without using bromeline.