Nanoporen-basierte elektrisch-optische Proteindiagnostik (nEOdiag)

Proteine sind gefaltete Kettenmoleküle aus 21 unterschiedlichen Aminosäuren, deren jeweils charakteristische Abfolge ihre Form und Funktion maßgeblich bestimmt. Die Analyse dieser Sequenzen ist daher in Forschung und Medizin von grundlegender Bedeutung. Allerdings ist die Proteinsequenzierung deutlich teurer und zeitaufwändiger als die der DNA, die aus nur 4 Bausteinen besteht. Das Projekt nEOdiag addressiert diese Herausforderung, indem Proteinsequenzen mit Hilfe sog. Nanoporen gleichzeitig elektrisch und über Fluoreszenz ausgelesen werden.  
Bei Ein- und Austritt der Aminosäureketten in eine solche von Ionen durchströmte Pore von molekularen Abmessungen wird elektrisch ein Stromsignal gemessen. Zusätzlich wird die innere Porenwand mit fluoreszierenden Molekülen versehen, deren Lichtsignal durch die mit ihnen auf engstem Raum direkt wechselwirkenden Aminosäuren charakteristisch verändert wird. Die Korrelation beider Signale soll erstmals die Proteinsequenzierung mit Nanoporen ermöglichen. Die praktische Umsetzung dieser Idee erfordert mikroelektronische Innovationen zur hochparallelen, multimodalen Datenerfassung, KI-basierte Algorithmen zur sensorfusionsbasierten Erkennung von Proteinsequenzen sowie mikrosystemtechnische Neuerungen bei Miniaturisierung, Parallelisierung und Integration.