Leuchtstäbe - Nicht mehr nur für Partys
Forscher der University of Houston nutzen beliebte Partyartikel zur Erkennung von Biogefahren für die US Navy
Erinnerst du dich an die Party, auf der du Leuchtstäbe über deinem Kopf geschwungen oder als Halsketten getragen hast? Lustige Zeiten, oder? Auch für die Wissenschaft. Wie sich herausstellte, werden diese lustigen Partygeschenke jetzt von einem Forscher der University of Houston verwendet, um aufkommende Biogefahren für die US-Marine zu identifizieren.
Richard Willson, Huffington-Woestemeyer-Professor für Chemie- und Biomolekulartechnik an der Universität Houston, adaptiert die Technologie von Leuchtstäben, um fluoreszierende Partikel anzuregen und ihre Nachweisbarkeit zu erhöhen.
University of Houston
Diese Kombination ist gar nicht so ungewöhnlich, wie es auf den ersten Blick scheinen mag. Vor allem aufgrund des Klimawandels erweitern sich die Nischen in der Umwelt, die von bedrohlichen Arten besetzt werden können. In dem Maße, in dem die biologischen Bedrohungen in der Umwelt zunehmen, steigt auch ihre Zugänglichkeit und ihre potenzielle Bedeutung für die biologische Verteidigung. Gegenwärtig besteht die Notwendigkeit, bestimmte neu auftretende biologische Bedrohungen zu erkennen und zu diagnostizieren, insbesondere in weit entfernten Gebieten.
"Wir wenden zum ersten Mal die lagerstabile, wenig toxische und kostengünstige Chemie von gewöhnlichen Leuchtstäben an, um helle und schnelle Diagnosetests, so genannte Lateral Flow Immunoassays (LFIs), zu entwickeln, wie fluoreszierend gefärbte Nanopartikel, die, wenn sie mit Chemikalien zur Aktivierung von Leuchtstäben in Berührung kommen, helles sichtbares Licht aussenden, das mit einem Smartphone oder einer einfachen Kamera leicht abgebildet werden kann", sagte Richard Willson, Huffington-Woestemeyer-Professor für Chemie- und Biomolekulartechnik an der University of Houston. "Wir werden die Technologie von Leuchtstäben, die in militärischen Signalanwendungen weit verbreitet sind, anpassen, um fluoreszierende LFI-Partikel anzuregen und ihre Nachweisbarkeit zu erhöhen."
Der einfache Leuchtstab
Und so funktionieren sie: Wenn man einen gewöhnlichen Leuchtstab knickt, zerbricht ein kleiner Glasbehälter, der eine Mischung aus 3 % Wasserstoffperoxid und einer anderen Substanz enthält. Diese Mischung reagiert mit einer außerhalb des Glases gelagerten Chemikalie, wodurch eine neue Substanz entsteht, die sehr reaktiv ist. Wenn sie mit speziellen Farbstoffen zusammenstößt, gibt sie ihnen Energie und bringt sie zum Leuchten.
Normalerweise verliert man dann das Interesse an ihnen und wirft sie weg - nicht so bei Willson, der mit der US-Marine eine Vereinbarung über die Entwicklung einer verbesserten Schnelldetektionstechnologie für neu auftretende biologische Bedrohungen geschlossen hat, mit der Möglichkeit, einen Auftrag in Höhe von 1,3 Millionen Dollar zu erhalten, um Tests für den Einsatz vor Ort zu unterstützen und hochaffine Reagenzien für die neue Technologie zu entwickeln. Reagenzien mit hoher Affinität sind Substanzen oder Moleküle, die eine starke und spezifische Anziehungskraft oder Bindung an ein bestimmtes Ziel aufweisen.
Zugänglichkeit der Technologie
Die COVID-19-Pandemie hat den Bedarf an schnellen, kostengünstigen und hochempfindlichen Immunoassays für die Point-of-Care-Diagnostik deutlich gemacht. Lateral-Flow-Immunoassays wie der Heim-Schwangerschaftstest und der COVID-19-Antigen-Schnelltest werden erfolgreich von ungeschulten Personen zum Nachweis medizinisch wichtiger Chemikalien eingesetzt, haben jedoch eine begrenzte analytische Empfindlichkeit und weisen in der Regel nur eine einzige Chemikalie nach.
"Unsere neuartigen Glow-LFIs sind sehr empfindlich; vorläufige Ergebnisse für den Nachweis von SARS-CoV-2-Nukleoprotein in einem Nasenabstrich-Extrakt zeigen eine nicht optimierte Nachweisgrenze von 100 Pikogramm pro Milliliter, was bereits besser ist als bei typischen LFIs", sagte Willson, dessen Forschung mit der Glühstabmethode auch den Nachweis anderer bekannter biologischer Bedrohungen zeigt.
Im Rahmen der laufenden Forschung wird Willson auch eine Pipeline zur Herstellung neuer hochaffiner Reagenzien entwickeln, die in diesen neuen Nachweisverfahren eingesetzt werden sollen.
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