Cellbaserade biosensorer kan simulera effekten av olika ämnen, som droger, på människokroppen i laboratoriet. Beroende på mätprincipen, fastän, att producera dem kan vara dyrt. Som ett resultat, de används ofta inte. Kostnadsfaktorer för sensorer som utför mätningar elektriskt är det dyra elektrodmaterialet och komplex produktion. Fraunhofer-forskare producerar nu biosensorer med grafenelektroder billigt och enkelt i roll-to-roll-utskrift. Det finns redan en systemprototyp för massproduktion.

Cellbaserade biosensorer mäter förändringar i cellkulturer via elektriska signaler. Detta görs med hjälp av elektroder som är monterade inuti petriskålen eller brunnarna i en så kallad brunnplatta. Om tillsatta virus förstör ett kontinuerligt cellskikt på elektroderna, till exempel, det elektriska motståndet som mäts mellan elektroderna reduceras. På det här sättet, effekten av vacciner eller läkemedel (till exempel) kan testas:ju mer effektiv den aktiva ingrediensen är, ju mindre antal celler som förstörs av virusen och desto lägre blir den uppmätta resistensförändringen. Även toxicitetstester, till exempel på kosmetiska produkter, kan fungera enligt samma princip och kan komma att ersätta djurförsök i framtiden. En annan fördel:Om biosensorer är kopplade till en utvärderingsenhet, mätningar kan vara kontinuerliga och automatiserade.

Ledande, biokompatibel, tryckbar

Beredningen av de beskrivna biosensorerna är dyr och komplex, dock:elektroderna är gjorda av ett biokompatibelt och elektriskt ledande material, som guld eller platina. Tillverkning av mikroelektroder kräver en komplicerad litografisk process. Resultatet:Laboratorierna köper ofta inte dessa biosensorer på grund av de höga kostnaderna, och undersökningen av cellkulturerna fortsätter att utföras manuellt under ett mikroskop. Som ett alternativ till ädelmetaller, dock, grafen kan nu användas som ett material för elektroderna. Fördelarna med kolmaterialet:det är elektriskt ledande, biokompatibel och, om det är i form av ett bläck, kan skrivas ut på ytor.

Forskare vid Fraunhofer Institute for Biomedical Engineering IBMT i St. Ingbert i Tysklands Saarland -region har använt ett sådant grafenfärg. Tillsammans med branschpartners i M-era.Net-projektet BIOGRAPHY, som finansieras av det tyska federala ministeriet för utbildning och forskning (BMBF), de har utvecklat en utskriftsprocess som gör det möjligt att producera ett stort antal grafensbiosensorer i en kostnadseffektiv roll-to-roll-process. "Vår systemprototyp kan skriva ut cirka 400 biosensorer per minut på en kontinuerlig folie, "Dr Thomas Velten, Chef för avdelningen för biomedicinska mikrosystem på IBMT och projektledare för BIOGRAPHY, säger i beskrivningen av resultatet av utvecklingsarbetet. Medan tryckutrustning och grafenfärg tillhandahålls av de berörda parterna, forskarna vid IBMT har tagit hand om utformningen av tryckprocessen. "Särskilt, det är avgörande att justera parametrar som bläckviskositeten, utskriftshastighet, bladbladstryck - ett bladblad torkar bort överskott av bläck - och tryckcylinderns brunnsdjup så att de tryckta strukturerna motsvarar de nominella måtten, "förklarar Velten. Ett tvärvetenskapligt team av biologer och ingenjörer från IBMT har också utvecklat ett proteinbläck, som skrivs ut direkt på elektroderna efter grafen. Velten:"Det är bara tack vare proteinerna som cellerna fäster tillräckligt bra vid elektrodfolien". En komplicerad process:foliens och bläckets ytenergier måste anpassas till varandra på ett sådant sätt att överföringen av bläcket från tryckcylindern till folien sker optimalt. Särskilt kritiskt är torkningen av de tryckta strukturerna, eftersom proteinerna inte tål lösningsmedel eller höga temperaturer. Endast rätt blandning av bläckingredienser och torkmetod säkerställer att bläcket torkar tillräckligt snabbt.