Hydrogelbasierte Matrizes

Einbettung von Reagenzien in Hydrogel – Smarte Matrizes und Beschichtungen

für Produktion, Lagerung, Detektion und Assayentwicklung

Hydrogele bieten viele interessante Eigenschaften, die sie zu idealen Matrizen für die Lagerung aktiver Reagenzien und die Entwicklung von Sensoren machen. Durch die Einbettung aktiver Reagenzien, wie dem Farbstoff Amplex Red™ oder Enzymen, wie Glukoseoxidase oder Peroxidasen, kann trotz nicht idealer Lagerbedingungen eine verbesserte Stabilität erreicht werden. Nach dem Befeuchten und Quellen der Hydrogelmembranen sind die Reagenzien dann sofort verfügbar. Werden diese Membranen auf Mikrotiterplatten aufgebracht, ermöglicht dies einen smarten All-in-One-Ansatz. Das Resultat ist ein gebrauchsfertiger Assay ohne Verdünnen und Hinzufügen von Reagenzien. Das Fraunhofer IZI-BB entwickelt für seine Partner funktionalisierte Hydrogelmembranen, die mit Reagenzien beladen und einsatzbereit in Mikrotiterplatten eingebettet sind. Durch die vorgelegten Reagenzien lassen sich Assays drastisch beschleunigen und der präparative Aufwand erheblich reduzieren.

Charakteristika und Nutzungspotentiale der Technologie

  • Versatile, hydrophile Matrix – Hydrogelmembranen sind eine ideale Basis für die Entwicklung von lagerstabilen, sofortverwendbaren Assays.
  • Verbesserte Reagenzienstabilität – Bessere Lagerhaltung und Planungsmöglichkeit erleichtert Reaktion auf dynamische Auftragslagen.
  • Diverse Funktionalisierungen und Beladungen möglich – Nach Etablierung und Validierung des Workflows, lässt sich das Konzept gut auf weitere Assayformate übertragen.
  • Verwendung Biokompatibler Polymere – Assays werden durch den Einsatz biokompatibler Hydrogelmembranen nicht bzw. nur minimal beeinflusst.
  • Verschiedene Applikations- und Beschichtungsmethoden wie Rakeln, Siebdruck, Rotationsbeschichtung, Formguss
  • Ratiometrische Strategie für unterschiedliche Schichtdicken – Ermöglicht präzise Messergebnisse bei verschiedenen Schichtdicken.

Setzen Sie unsere Kompetenz für Ihre Forschungsziele ein.

Unser Beitrag zu Ihrem Projekt

  • Design und Entwicklung neuer Hydrogelmembranen im Hinblick auf Ihre Anforderungen
  • Beratung bei der Auswahl geeigneter Membranmaterialien und Modifikationen
  • Einbettung von Membranen in Beispielsysteme
  • Charakterisierung der Membranen und Evaluierung der Performance
  • Bereitstellung von Materialmustern

Ideale Bedingungen für Produktion, Lagerung, Detektion und Assayentwicklung

Hydrogelmembran

Möchten Sie mehr zu konkreten Einsatzmöglichkeiten dieser Technologie erfahren? 

In Kürze finden Sie hier weitere Angebote und Informationen zu Anwendungen!

Entwicklung einer hydrogelbasierten MTP-Plattform zur Detektion von Wasserstoffperoxid, Glucose und Laktat

»HyPeRTU: Hydrogene Peroxide Ready-to-Use MTP-Plattform«

© Fraunhofer IZI-BB
Exemplarische Darstellung eines Ready-To-Use Assays für die Detektion von H2O2, Glucose und Lactat.

Als hydrophile Matrix bieten dünne Filme und Membranen aus Hydrogelen für Farbstoffe wie 10-Acetyl-3,7-dihydroxyphenoxazin eine verbesserte Stabilität und Lagerung im getrockneten Zustand. Diese Membranen können an der Unterseite an Mikrotiterplatten befestigt werden. Bei Zugabe von Wasser, bzw. Analytlösungen wird der Farbstoff mit Quellen des Gels innerhalb kürzester Zeit an die Lösung abgegeben werden. Zusammen mit den jeweiligen Enzymen ermöglicht das einen smarten all-in-one Ansatz für sofortverwendbare und robuste MTP-Assays für H2O2, Glucose und Laktat mit kurzer Messzeit und Langer Haltbarkeit.

Methoden

  • Herstellung von Precursorlösungen
  • Aufbringen von Hydrogelschichten auf Substrate
    • Rakeln
    • Rotationsbeschichtung
    • Tropfbeschichtung
    • Elektrospinning/ -deposition
    • Sprühbeschichtung
    • Formbeschichtung
    • Lösungsguss
    • Tauchbeschichtung
  • Laserzuschnitt und Zusammenbau von Sensorplattformen
  • Optionales Aufbringen von Enzymen und Katalysatoren über Nanospotting
  • Qualitätskontrolle der hergestellten Sensorplattformen

Geräte

  • Knife Printer (RK K Control)
  • Nanospotter (Scienion)
  • CO2-Lasercutter (VLS 2.30 ULS)
  • MTP-Lesegerät (Agilent Biotek II)
  • Fluoreszenz- und Lebenszeitspektrometer (Edinburgh FS5)
  • UV-Vis Spektrometer (Agilent Cary 3500)

Publikationen

  • Galligan J J, Baeumner A J, Duerkop A, A Fluorescence Mictotier Plate-based Detection Platform for Hydrogen Peroxide, Glucose, and Lactate, Analysis Sensing (2025) 5, e202500060
  • Grotz B V, Rogalla von Bieberstein K, Wongkaew N, Duerkop A, Frey M W, Baeumner A J, Engineered Nanofiber-Hydrogel Systems for Colorimetric Lactate Sensing from Breath, ACS Appl. Mater. Interfaces (2025), 17, 46, 63009–63019

  • UR Universität Regensburg