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Mit Metrologie in die Zukunft - Herausforderung Medizin

Messsystem für Corona-Impfstoffforschung

Schnelle und genaue Messung der Konzentration von Nanopartikeln

PTBnews 1.2022
17.01.2022
Besonders interessant für

Impfstoffforschung

Partikelanalytik

Mit Nanoteilchen lassen sich unter anderem Medikamente oder Impfstoffe gezielt tief in den menschlichen Körper transportieren. Zur Dosisbestimmung muss die Konzentration der winzigen Teilchen möglichst genau bekannt sein. Ein sehr genaues, schnelles Analysemesssystem misst Nanoteilchen mit rund 40 nm bis hin zu Mikropartikeln von ca. 10 μm Größe und bietet Einsatzmöglichkeiten vom „Drug targeting“ bis hin zur Corona-Impfstoffforschung.

Weil Nanopartikel kleiner als rote Blutkörperchen sind, können sie als „Fähren“ für Medikamente oder Impfstoffe dienen. (Foto: Adobe Stock / Kateryna_Kon)

Die Medizin setzt große Hoffnungen auf Nanoteilchen: Sie könnten beispielsweise als Vehikel dienen, mit deren Hilfe Medikamente biologische Barrieren wie die Luft-Blut-Schranke (an den Lungenbläschen) oder die Blut-Hirn-Schranke überwinden. Man versucht mit ihnen Krebsmedikamente gezielt in einen Tumor zu bringen (Drug targeting) oder einen Impfstoff zu applizieren.

Nanopartikel stellen große Anforderungen an die Messtechnik, die in der ganzen Kette von der Entwicklung über die Qualitätskontrolle bis hin zur Risikobewertung der Produkte benötigt wird. Dabei geht es immer häufiger nicht nur um die Größenmessung, sondern auch um die Messung der Teilchenzahl und -konzentration.

Im Rahmen eines vom BMWi unterstützten Technologietransferprojekts haben die PTB und die Firma LUM GmbH das Messprinzip eines Einzelpartikel- Streulichtphotometers entwickelt. Es kann die Partikelgrößenverteilung und die Partikelkonzentration von Nano- und Mikropartikeln in Suspensionen und Emulsionen mit hoher Auflösung bestimmen. Neben seiner Genauigkeit ist es gekennzeichnet durch einen sehr breiten Einsatzbereich (für Teilchen von 40 nm bis hin zu 10 μm) und durch große Schnelligkeit: Pro Sekunde können bis zu 10 000 Teilchen analysiert werden. Die Basistechnologie nennt sich Single Particle Light Scattering. Damit ermittelt das Gerät die Intensität des Lichts, das von jedem einzelnen Nano- oder Mikropartikel in verschiedenste Richtungen gestreut wird. Dass die Teilchen einzeln hintereinander das Messgerät passieren, ist das Ergebnis hydrodynamischer Fokussierung: Ein sogenannter Hüllstrom bringt die Teilchen in eine Vorzugsrichtung; anschließend wandern sie gleichsam im Gänsemarsch durch das Zentrum der Messzelle. Diese Methode wird bereits seit Jahren sehr erfolgreich für die Durchflusszytometrie genutzt, mit der etwa Körperzellen einzeln und schnell gezählt werden können.

Das neue Messystem kann ohne Veränderungen an der Hardware Partikelsuspensionen mit unterschiedlichsten Zusammensetzungen analysieren. Es kann auch bei sehr hohen Ausgangskonzentrationen kleinste Größenunterschiede bis in den Nanometerbereich hinein ermitteln. Sowohl das Gesamtsystem als auch einzelne Teile wie spezifische Verstärker und die spezielle Optikanordnung basieren auf zum Patent angemeldeten Verfahren der Partner. Erste Geräte sind bereits bei einem globalen Pharmakonzern für die Entwicklung eines Corona-Impfstoffes sowie bei einem namhaften deutschen Forschungsinstitut im Einsatz.

 

Ansprechpartner

Martin Hussels
Fachbereich 8.3 Biomedizinische Optik
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