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Organisationseinheit der BAM
Vor dem Hintergrund der einzigartigen Modularität, hohen Empfindlichkeit und Selektivität von Antikörper‐gesteuerten Indikatorfreisetzungssystemen (gAID‐Systemen) wurde hier ein Multiplex‐Assay für drei organische Explosivstoffmoleküle (TATP, TNT, PETN) entwickelt, der es erlaubt, die Analyten gleichzeitig in flüssiger Phase mit einem einzelnen Teststreifen und einem Fluoreszenzlesegerät bzw. Smartphone als Detektor in Konzentrationen bis in den unteren ppb‐Bereich in <5 min nachzuweisen. Alle drei Systeme, darunter die hier neu entwickelten Systeme für TNT und PETN, tolerieren zudem nicht nur gepufferte wässrige Modelllösungen, sondern auch komplexere Matrices. Neben einem konventionellen Teststreifen mit einem Kanal erlaubte uns die Anwendung von Wachsdrucktechnologie das Herstellen von mehrkanaligen Streifen mit vergleichbarer analytischer Leistungsfähigkeit, was das enorme Potenzial der modular aufgebauten, hybriden Biosensormaterialien im Hinblick auf eine für den Endanwender maßgeschneiderte Vor‐Ort‐Analytik unterstreicht.
Microbead-based technologies represent elegant and versatile approaches for highly parallelized quantitative multiparameter assays. They also form the basis of various techniques for detection and quantification of nucleic acids and proteins. Nucleic acid-based methods include hybridization assays, solid-phase PCR, sequencing, and trapping assays. Microbead assays have been improved in the past decades and are now important tools in routine and point-of-care diagnostics as well as in life science. Its advances include low costs, low workload, high speed and high-throughput automation. The potential of microbead-based assays therefore is apparent, and commercial applications can be found in the detection and discrimination of single nucleotide polymorphism, of pathogens, and in trapping assays. This review provides an overview on microbead-based platforms for biosensing with a main focus on nucleic acid detection (including amplification strategies and on selected probe systems using fluorescent labeling). Specific sections cover chemical properties of microbeads, the coupling of targets onto solid surfaces, microbead probe systems (mainly oligonucleotide probes), microbead detection schemes (with subsections on suspension arrays, microfluidic devices, and immobilized microbeads), quantification of nucleic acids, PCR in solution and the detection of amplicons, and methods for solid-phase amplification. We discuss selected trends such as microbead-coupled amplification, heterogeneous and homogenous DNA hybridization assays, real-time assays, melting curve analysis, and digital microbead assays. We finally discuss the relevance and trends of the methods in terms of high-level multiplexed analysis and their potential in diagnosis and personalized medicine. Contains 211 references.
Commercial bead-based assays are commonly built upon polystyrene particles. The polymeric carrier can be encoded with organic dyes and has ideal material properties for cytometric applications such as low density and high refractive index. However, functional groups are conventionally integrated during polymerization and subsequent modification is limited to the reactivity of those groups. Additionally, polystyrene as the core material leads to many hydrophobic areas still being present on the beads’ surfaces even after functionalization, Rendering the particles prone to nonspecific adsorption during an application. The latter calls for several washing steps and the use of additives in (bio)analytical assays. In this contribution, we show how these limitations can be overcome by using monodisperse polystyrene (PS) core/silica (SiO2) shell particles (SiO2@PS). Two different hydrophobic BODIPY (boron−dipyrromethene) dyes were encapsulated inside a poly(vinylpyrrolidone) (PVP) -stabilized polystyrene core in different concentrations to create 5-plex arrays in two separate detection channels of a cytometer. A subsequent modification of the silica shell with an equimolar APTES/PEGS (aminopropyltriethoxysilane/polyethylene glycol silane) blend added multifunctional properties to the hybrid core/Shell microparticles in a single step: APTES provides amino groups for the attachment of a caffeine derivative (as a hapten) to create antigen-coupled microspheres; the PEG moiety effectively suppresses nonspecific binding of antibodies, endowing the surface with antifouling properties. The particles were applied in a competitive fluorescence immunoassay in suspension, and a highly selective wash-free assay for the detection of caffeine in beverages was developed as a proof of concept.
Nicht zuletzt bedingt durch den Pferdefleischskandal im Jahr 2013 wurden in Deutschland die Aktivitäten bei der Methodenstandardisierung im Bereich der Tierarten-Differenzierung in den vergangenen Jahren intensiviert. Wenn auch positive Befunde bei dem Nachweis von Bestandteilen aus Pferd in Lebensmitteln wie Lasagne derzeit so gut wie nicht mehr anzutreffen sind, so hat die Tierartendifferenzierung insgesamt beim Nachweis von Verfälschungen in Lebensmitteln einen hohen Stellenwert.
Diese Arbeit fasst daher den aktuellen Stand der Analytik in Deutschland mit Schwerpunkt bei der Standardisierung zusammen. Sie wurde erstellt durch die Arbeitsgruppe „Biochemische und molekularbiologische Analytik“ der Lebensmittelchemischen Gesellschaft mit Unterstützung von Experten der Arbeitsgruppe „Molekularbiologische Methoden zur Pflanzen- und Tierartendifferenzierung“ (§ 64 LFGB) sowie der ALTS-Arbeitsgruppe „Immunologie und Molekularbiologie“ (jeweils D).