Die Entwicklungsidee geht in die Zeit der Covid-Pandemie zurück: „Wir haben uns schon damals gedacht, ob es nicht möglich ist, einen Test zu entwickeln, der genauso einfach und schnell funktioniert wie ein Alkoholtester, also ein Gerät, bei dem man einfach in eine Röhre bläst und innerhalb von Minuten ein Ergebnis erhält – beschwerdefreier als bei derzeitigen Testsystemen“, schilderte Christian Mitterer, er leitet den Lehrstuhl für funktionale Werkstoffe und Werkstoffsysteme an der Montanuni Leoben.
Machbarkeitsstudie liegt vor
Neben den damals im Mittelpunkt stehenden Viren wurde das Konzept von Beginn an auch auf die Identifizierung von Pilzsporen und anderen Mikroorganismen ausgeweitet. Mittlerweile liegt auch eine Machbarkeitsstudie vor. Demnach ermöglicht es der neue Schnelltest, Mikroben mit höchster Sensibilität zu erkennen.
Nikolas Kostoglou, Professor am Lehrstuhl für funktionale Werkstoffe und Werkstoffsysteme der Montanuni, erklärte das Konzept: „Wir gehen von einem Filter aus, der typischerweise aus Glasfasermaterial besteht und mit speziellen Nanopartikeln funktionalisiert wird.“
Anwendung wie bei Alkoholtest
Für den Schnelltest bläst man in ein Röhrchen, das mit diesem Filter ausgestattet wurde. Dabei landen winzige Tröpfchen der ausgeatmeten Luft – die bei einer Infektion Viren, Bakterien oder Sporen enthält – auf der Oberfläche des Filters. Diese können durch die optische Methode nachgewiesen werden. Hierzu bringt ein Laser die Proteinstrukturen in den Tröpfchen zum Schwingen – der sogenannte Raman-Effekt.
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Wie auch beim Alkomattest muss in ein Röhrchen geblasen werden.
Wie die Leobener Forscher zeigen konnten, verstärken die Nanopartikel auf dem Filter diesen Effekt um bis zu elf Größenordnungen, wodurch selbst kleinste Mengen eines Mikroorganismus nachgewiesen werden können.
Gezielte Suche nach „Fingerabdrücken“
Der Nachweis alleine reicht aber nicht aus, um eine genaue Diagnose zu stellen. „Es ist eine Herausforderung, die spezifischen Fingerabdrücke von Viren, Bakterien und anderen Mikroorganismen zu identifizieren, vor allem, wenn in den Atemtröpfchen eine Vielzahl unterschiedlicher Strukturen drinnen ist“, schilderte Kostoglou die Komplexität der Aufgabenstellung. Hier kommen wiederum „Machine Learning-Algorithmen“ und Systemdatenbanken ins Spiel: Mit ihnen suchen die Werkstoffforscher gezielt nach jenen charakteristischen „Fingerabdrücken“ der Proteinstrukturen, die spezifisch für den jeweiligen Mikroorganismus sind.
Breites Anwendungsgebiet
Die neue Möglichkeit, Mikroorganismen in wenigen Minuten „komfortabler“ als bisher nachzuweisen, könnte für den Gesundheitsbereich und viele andere Branchen große Vorteile bieten, zeigten sich die Leobener Forscher überzeugt: So könnte der entwickelte Schnelltest auch in der Krebsfrüherkennung oder bei der Identifizierung von Umweltrisikofaktoren wie Pilzsporen eine Rolle spielen.
„Aktuell sind wir auf der Suche nach Industriepartnern, um diesen Test weiterzuentwickeln, in eine Produktion zu überführen und so vielen Patienten helfen zu können“, schaut Mitterer hoffnungsvoll einer Markteinführung der Technologie entgegen.