Welche Technologien unterstützen die Implementierung von POCT? Ein neuer Ansatz wird durch papierbasierte mikrofluidische Geräte, μPADs, vorgestellt.

Warum POCT benötigt wird und warum die Diagnosegeschwindigkeit wichtig ist

Im medizinischen Bereich hat die Geschwindigkeit der Diagnose einen erheblichen Einfluss auf die Behandlungsentscheidung. Wenn Testergebnisse schnell vorliegen, kann die Behandlung früher und präziser beginnen. Insbesondere in der Notfallmedizin und bei der Bekämpfung von Infektionskrankheiten kann ein Unterschied von Minuten bis Stunden den Behandlungserfolg entscheidend beeinflussen.

Aus diesem Grund hat die patientennahe Sofortdiagnostik (Point-of-Care-Testing, POCT), die eine Diagnose direkt am Patienten ermöglicht, in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung gewonnen. Herkömmliche Testverfahren erfordern in der Regel den Transport von Proben in ein Labor und deren Analyse mit Spezialgeräten; POCT revolutioniert diesen Prozess jedoch grundlegend.

Es wird erwartet, dass POCT auch in Gebieten mit eingeschränktem Zugang zur medizinischen Versorgung sowie in Katastrophensituationen und Evakuierungsunterkünften, in denen die medizinische Infrastruktur unzureichend ist, eine wichtige Rolle spielen wird.

Was ist POCT? Technologie, die eine Diagnose vor Ort ermöglicht.

POCT ist eine Technologie, die eine schnelle Diagnose in Umgebungen ermöglicht, die sich von herkömmlichen Laboren unterscheiden, wie z. B. Untersuchungsräume, Patientenzimmer, häusliche Pflege und Katastrophengebiete. Zu ihren Hauptmerkmalen gehören:

• Schnelligkeit: Die Zeitspanne von der Probenentnahme bis zum Erhalt des Ergebnisses ist kurz, sodass Ärzte schnell Diagnosen stellen und Behandlungspläne festlegen können. Dies ist besonders vorteilhaft bei akuten Erkrankungen und Infektionskrankheiten.
• Geringere Belastung für die Patienten: Die Tests können durchgeführt werden, ohne dass der Patient bewegt werden muss, was die Behandlung für ältere Patienten, schwerkranke Patienten und Kinder erleichtert.
• Flexibilität: POCT kann auch in abgelegenen Gebieten oder Katastrophensituationen eingesetzt werden, wo die medizinische Infrastruktur begrenzt ist.
• Integration der digitalen Transformation: Durch die Anbindung an intelligente Geräte können Testergebnisse einfach als digitale Daten geteilt und verwaltet werden.

Die COVID-19-Pandemie unterstrich die Bedeutung schneller Diagnostik und erhöhte die Erwartungen an Point-of-Care-Tests.

Was sind papierbasierte mikrofluidische Bauelemente (μPADs)? Struktur und Eigenschaften papierbasierter mikrofluidischer Bauelemente

Eine Technologie, die als Werkzeug zur Ermöglichung von POCT zunehmend an Bedeutung gewinnt, sind μPADs (Mikrofluidische papierbasierte Analysegeräte). Dabei handelt es sich um Analysegeräte, die Papier als Basismaterial verwenden und zur Kategorie der papierbasierten Mikrofluidik gehören.

Papierfasern enthalten unzählige mikroskopische Poren, und μPADs nutzen das Phänomen, dass Flüssigkeiten auf natürliche Weise durch diese Poren fließen. Durch die Nutzung dieser Kapillarwirkung lassen sich Flüssigkeiten ohne externe Energiequellen wie Pumpen steuern.

Zu den Hauptmerkmalen von μPADs gehören folgende:

• Kostengünstig, leicht und für den Einmalgebrauch geeignet: Die einfache Struktur mit Papiersubstraten ermöglicht kostengünstige Designs, die sich für Einweganwendungen eignen.
• Herstellung durch Drucken: Fluidische Muster können mittels Tintenstrahldruck oder Thermotransfertechnologien erzeugt werden, was den Herstellungsprozess im Vergleich zu herkömmlichen Mikrofluidik-Chips vereinfacht.
• Keine Stromversorgung erforderlich: Da die Flüssigkeitsbewegung auf Kapillarwirkung beruht, werden weder eine Stromversorgung noch Batterien benötigt.
• Kompatibilität mit digitalen Diagnosen: Reaktionsergebnisse können mit einer Smartphone-Kamera erfasst und quantitativ über spezielle Anwendungen analysiert werden.

Durch die Nutzung der Eigenschaften von Papier und die Ermöglichung der für mikrofluidische Geräte erforderlichen Strömungswegbildung und Reaktionskontrolle bieten μPADs einen besonderen Ansatz für die Entwicklung analytischer Geräte.

Anwendungsgebiete von μPADs: Ausweitung auf die Bereiche Medizin, Umwelt und Lebensmittel

Das Anwendungsgebiet von μPADs reicht weit über die medizinische Diagnostik hinaus und erstreckt sich auf ein breites Spektrum an Bereichen. Dank der einfachen Papiersubstrate und der flexiblen Gestaltung der Durchflusswege werden μPADs für den Einsatz in folgenden Bereichen in Betracht gezogen:

• Medizin: Diabetesbezogene Analysen, Diagnostik von Infektionskrankheiten, Urinuntersuchungen und Drogentests
• Umweltanalytik: Wasserqualitätsprüfung, Schwermetallbestimmung und Pestizidrückstandsanalyse
• Lebensmittel und Landwirtschaft: Qualitätsbewertung, Analyse von Lebensmittelbestandteilen und Trächtigkeitsuntersuchungen bei Nutztieren
• Bildung und Forschung: Lehrmaterialien, geeignet für studentische Experimente und Feldarbeit

Da papierbasierte Geräte einfach zu handhaben sind und ohne Spezialausrüstung verwendet werden können, erweitern μPADs das Spektrum der Umgebungen, in denen analytische Tests durchgeführt werden können.

Wie μPADs den Entwicklungsprozess verändern

Konventionelle mikrofluidische Chips erfordern häufig Halbleiterprozesse wie die Herstellung von Formen und die Fotolithografie. Im Gegensatz dazu ermöglichen μPADs eine vergleichsweise einfache Musterbildung durch den Einsatz von Drucktechnologien.

Dadurch lässt sich der Entwicklungszyklus von der Prototypenerstellung bis zur Designänderung verkürzen. Zudem benötigen μPADs keine komplexen Arbeitsabläufe oder spezielle Fachkenntnisse, da Ergebnisse durch einfaches Auftropfen einer Probe auf das Gerät erzielt werden können.

Durch die Anbindung an intelligente Geräte werden zudem quantitative Messungen mittels Bildanalyse und ein effizientes Datenmanagement möglich. Dieses ausgewogene Verhältnis von Einfachheit und hoher Funktionalität erweitert das Potenzial von μPADs nicht nur für medizinisches Fachpersonal, sondern auch als Selbstpflegegeräte, die direkt von Patienten genutzt werden können.

Zukunftsaussichten für die μPAD-Technologie

Aufgrund ihrer einfachen Struktur, leichten Handhabung und geringen Kosten werden μPADs für Anwendungen in verschiedensten Bereichen erforscht, darunter Medizin, Umweltanalytik, Lebensmittelindustrie und Bildung. Durch die Kombination von Papiersubstraten mit mikrofluidischer Technologie dürften μPADs einen neuen Entwicklungsansatz für Point-of-Care-Testgeräte (POCT) darstellen.

Dexerials betreibt aktiv Forschung und Entwicklung im Bereich μPADs.
Die Informationen in diesem Artikel entsprechen dem Stand zum Zeitpunkt der Veröffentlichung. Spezifikationen und Verfügbarkeit von μPADs können sich zukünftig ändern. Aktuelle Informationen finden Sie in den offiziellen Mitteilungen von Dexerials.