Institut für Digitale Materialforschung

Um Ausbreitungswellen von Infektionskrankheiten wie die der COVID-19-Pandemie frühzeitig eindämmen zu können, werden einfache Testmöglichkeiten benötigt, die eine schnelle Diagnose zulassen. Lateral Flow Assays (LFAs), wie beispielsweise die weit verbreiteten COVID-19 Schnelltests, bieten hierfür ein immenses Potenzial, da sie ein komplettes antikörperbasiertes Testsystem auf einem einzigen Teststreifen vereinen. Ein wesentlicher Bestandteil des LFAs ist dabei eine hochporöse offenporige Diagnostikmembran aus Cellulosenitrat (CN). Diese stellt das kapillargetriebene Transportmedium für die zu analysierende Flüssigkeit wie Blut, Urin oder Speichel dar und ist Träger der biochemischen Reagenzien. Das Funktionsprinzip des LFAs erlaubt über ein Farbsignal den Nachweis diverser Analyten innerhalb von wenigen Minuten.

Das hohe wirtschaftliche Potenzial zeichnet sich dadurch aus, dass jährlich über 2 Milliarden Schnelltests auf den Markt gebracht werden, beispielsweise für Ebola-, HIV- und Schwangerschaftstests und die Nachfrage stetig wächst. In Kooperation mit dem Unternehmen Sartorius sollen Lösungsansätze für die Weiterentwicklung innovativer und bedarfsgerechter Membranen erarbeitet werden. Herkömmliche Lösungsansätze konzentrieren sich dabei hauptsächlich auf makroskopische Experimente. Da die entscheidenden Mechanismen jedoch auf unterschiedlichen Längenskalen auftreten, ist dieser makroskopische Ansatz limitiert und liefert kein vollständiges Verständnis der auftretenden Prozesse. Dahingegen fokussiert sich das Projekt MultiPore auf die simulationsgestützte und experimentelle Untersuchung dieser Prozesse, wobei die Innovation vor allem auf der Betrachtung der Prozesse auf drei unterschiedlichen Längenskalen (vgl. Abb. 1) mit verschiedenem Detaillierungsgrad beruht. Die Kopplung derselbigen ermöglicht schließlich eine umfassende Beschreibung der physikalischen Transportvorgänge in porösen Strukturen.

Das übergeordnete Ziel ist die Einbindung der entwickelten skalenübergreifenden Charakterisierungsmethoden in die Produktionskette des Industriepartners. Dabei bietet sich die bislang nicht gegebene Möglichkeit, dass charakteristische Parameter in einem Repositorium wie Kadi4Mat gesammelt werden und dadurch eine datengetriebene Entwicklung neuartiger Membranen sowie verbesserte LFAs realisiert werden können (vgl. Abb. 2). Die gewonnenen Erkenntnisse zu den Transportprozessen in Membranen können ferner auf weitere Produkte des Industriepartners angewandt werden.