Geruchsrezeptoren in Biosensoren könnten Maschinen zu einem eigenen Geruchssinn verhelfen.

Bild: Fraunhofer IPA

Biologische Sensoren Maschinen einen Geruchssinn verleihen

25.07.2019

Am Flughafen Sprengstoff erschnüffeln, in der Arztpraxis Krankheiten aufgrund des Atems der Patienten diagnostizieren, Gaslecks orten – alles potenzielle Einsatzbereiche für Roboter mit Geruchssinn. Dafür braucht es allerdings biologische Sensoren. Eine neue Plattformtechnologie soll sie automatisiert herstellen.

Das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA widmet sich im Rahmen seines Leitthemas Biologische Transformation verstärkt der Verbindung von biologischen und technischen Systemen. Für die wirtschaftliche Nutzung biologischer Sensoren wird dort nun eine Technologie entwickelt, die automatisiert zellbasierte Biosensoren produziert. Solche Sensoren könnten dann Maschinen beispielsweise einen Geruchssinn verleihen.

Validiert wird die Plattform zunächst an einem Produkt des kalifornischen Start-ups Koniku. Es soll später aber auch für andere Anwendungen einsetzbar sein. IPA-Projektleiter Martin Thoma fasst die Innovation so zusammen: „Wir entwickeln im Grunde ein generisches Werkzeug, das es mittelfristig ermöglichen soll, zellbasierte biologische Sensoren für die industrielle Nutzung zu produzieren.“ Biologie und Technik sollen verschmelzen.

Viele offene Fragen

Um die gezielte Entwicklung eines wirtschaftlich nutzbaren Produktes zu ermöglichen, will das Fraunhofer IPA ein Screening-Verfahren zur Rezeptorauswahl und zur zuverlässigen automatisierten Produktion von sogenannten transfizierten Zellen entwickeln. Das sind Zellen, in die Fremd-DNA oder RNA eingebracht wird.

Koniku kultiviert seit einigen Jahren solche Zellen, in die auf kleinen autonomen optischen Ausleseeinheiten Geruchsrezeptoren eingebracht werden. Die Zellen können über einen längeren Zeitraum am Leben und funktionsfähig gehalten werden, um winzige Partikel aus der Umgebung zu detektieren.

Allerdings gibt es in diesem Forschungsfeld noch viele offene Fragen. Um den richtigen Geruchsrezeptor für eine spezifische Anwendung zu ermitteln, müssen mehrere tausend Rezeptoren und deren Kombination gescreent werden. Damit dieser Vorgang wirtschaftlich wird, ist eine Plattform notwendig, die es ermöglicht, Zellen automatisiert zu modifizieren, also zu transfizieren, um sie anschließend auf ihre spezifische Reaktion auf Gerüche und Geschmäcker zu untersuchen.

Krankheiten früh erkennen

Mit einer solchen Transfektions- und Screening-Plattform wäre es möglich, die Zellen sehr schnell auch für verschiedene Geruchsreize zu modifizieren und so weitere Anwendungsgebiete, wie beispielsweise die medizinische Diagnostik, zu erschließen. „Besonders freue ich mich darauf, unsere Technologie in ein paar Jahren überall einsetzen zu können“, sagt Koniku-Gründer Osh Agabi.

Die Lösung könnte Menschen dann helfen, Krankheiten in den frühesten Stadien zu erkennen oder auszuschließen. „Natürlich gibt es noch Hürden, aber Schritt für Schritt nähern wir uns diesem Ziel“, so Agabi. Die Partnerschaft mit dem Fraunhofer IPA sei nun ein weiterer wichtiger Meilenstein auf dieser Reise.

Bildergalerie

  • Mit einer Transfektions- und Screening-Plattform können Zellen sehr schnell auch für andere olfaktorische Reize modifiziert werden.

    Bild: Fraunhofer IPA

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