PATHMAG

Worum geht es hier?
Wir möchten magnetische Nanopartikel (MNP) als Marker in Bioassays einsetzen, um Krankheitserreger schnell und ohne Extraschritte im Point-of-Care (PoC)-Verfahren, also direkt vor Ort statt im Labor, nachweisen zu können. Dazu soll ein einfach zu bedienendes, robust einsetzbares und perspektivisch miniaturisiertes tragbares Messgerät entwickelt werden, in dem die MNP mit zwei Magnetfeldern simultan angeregt werden und dadurch ein charakteristisches Mischfrequenz-Signal erzeugen. Aus diesem Signal lassen sich Rückschlüsse auf die Partikel-Konzentration und den Bindungszustand ziehen; konkret dienen signalbasierte Änderungen durch Bindung/Aggregation als Nachweisprinzip.
Die Rolle der FH Aachen‑Forschungsgruppe von Prof. Engelmann ist dabei die Simulation (mit begleitender Modell‑Validierung über Messdaten aus dem Verbund): Wir berechnen die magnetische Relaxationsdynamik der Partikel, um optimale Partikeleigenschaften und Feldparameter für maximale Sensitivität vorherzusagen und liefern so in einer Art "virtueller Vorentwicklung“ Eingabeparameter für Partikelsynthese und Geräte-/Messstrategie.

Was war Ihre Motivation, sich an dieser Ausschreibung zu beteiligen? Woher stammt die Idee?
Die Kompetenzfelder der drei Projektpartner ergänzen sich: Instrumentation (FZJ) und Partikelherstellung (OTH) werden gezielt durch Simulationen der FH Aachen erweitert, sodass die Kompetenzen gebündelt in Richtung optimaler Sensorperformance wirken. Bei einem gemeinsamen Austausch wurde klar, dass sich aus allen drei Richtungen dieselbe Kernfrage stellt: Welche Kombination aus Partikel‑Design (z.B. Kerngrößen oder Wechselwirkungen) und Anregungs- bzw. Messparametern maximiert das MNP‑Signal und ermöglicht damit sensitive, robuste und quantitative PoC‑Bioassays? Die besten Antworten lassen sich nur gemeinsam finden – so entstand die Antragsidee im Konsortium.

Welchen Nutzen bringt dieses Projekt für die Gesellschaft und/oder im Sinne der Nachhaltigkeit?
Der Ansatz ist schnell, energiearm, materialschonend und nicht-ionisierend, also medizinisch sicher und prinzipiell mobil einsetzbar. Weniger Laborlogistik und Zwischenschritte reduzieren Zeit-, Transport- und Materialaufwände. Eine schnellere, günstigere und flexiblere PoC-Diagnostik kann Ausbrüche früher erkennbar machen und Gegenmaßnahmen beschleunigen, z.B. für Pandemieprävention und -vorbereitung. Perspektivisch ermöglicht der Ansatz auch ein kostengünstiges, schnelles Abwasser-Monitoring als Frühwarnsystem. Zudem ist die Erweiterbarkeit durch Multiplexing (Unterscheidung verschiedener Partikelsysteme) angelegt, sodass unterschiedliche Zielanalyte adressiert werden können.

Wer macht noch mit?
Regionaler Projektpartner ist das Forschungszentrum Jülich (IBI-3), vertreten durch Dr. Ali Mohammad Pourshahidi, zuständig für Messmethodik/Instrumentation und Partikelcharakterisierung. Überregionaler Projektpartner ist die OTH Regensburg (Kompetenzzentrum Nanochem), vertreten durch Prof. Corinna Kaulen, zuständig für die kontrollierte Synthese und Funktionalisierung der MNP, z.B. mit DNA oder Polyelektrolyten als Modell-Assays.