Kombinierter optisch-impedimetrischer Ganzzellbiosensor

Im Wachstumskern „Biologische Sensor-Aktor-Systeme auf der Basis von funktionalisierten Mikroorganismen (BioSAM)“ werden Ganzzellsensoren für die Umwelt- und Medizintechnik entwickelt, welche die Reaktion lebender Zellen auf umwelt- oder prozessrelevante Stoffe zur Bewertung der biologischen Wirkung von Analyten nutzen. Im Teilvorhaben HIGS („Hochintegrierte Ganzzellsensoren für die Umwelt- und Medizintechnik“) werden dabei gentechnisch modifizierte Hefezellen eingesetzt, die bei Anwesenheit des Analyten Diclofenac, welches als anthropogener Spurenstoff in Wässern vorkommt, ein Fluoreszenzprotein produzieren. In der vorliegenden Arbeit werden verschiedene Aspekte des entwickelten Ganzzellsensors dargestellt. Im ersten Teil wird der mikrofluidische Aufbau zur sicheren Einhausung der Hefezellen vorgestellt, der einen optischen Zugang zur Detektion des Fluoreszenzsignales gewährleistet und gleichzeitig die Versorgung der Hefezellen mit Nährmedium und Analyt sicherstellt. Mit diesem Aufbau können Diclofenac-Konzentrationen zwischen 10 und 100 µM in Nährmedium unterschieden werden. Im zweiten Teil dieser Arbeit wird vorgestellt, wie die optische Detektion des Fluoreszenzsignals mit Impedanzmessungen kombiniert wurde. Ein Sensormodell auf der Basis elektrischer Netzwerke wurde entwickelt, welches das dynamische Verhalten der immobilisierten Zellen und die Transportprozesse an den Elektroden beschreibt.