Es gibt viele Bestrebungen, diagnostische Geräte und Labortestsets zu miniaturisieren. Lab-on-a-chip, das Labor im Chipformat, werden solche Techniken genannt. Sie basieren auf fein in Glas geätzten Mikrokanälen samt Reaktionskammern, in denen Mini-Pumpen für den Transport der Reaktionsmedien sorgen. All das funktioniert. Doch für George Whitesides ist dieser Ansatz viel zu kompliziert und zu teuer. Der Chemiker von der Harvard Universität in Boston entwickelt Labortests, die nicht nur vom Format her einer Briefmarke ähneln, sondern auch mit Blick auf das verwendete Material: Sie bestehen aus einfachem Papier.
"Papier nimmt in den Zwischenräumen seiner Fasern Flüssigkeiten auf. Darin unterscheidet sich Papier nicht von einem Reagenzglas. Es sieht zwar anders aus, aber im Grunde sind alle Arten von Reaktionen, die im Reagenzglas möglich sind, auch in Papier möglich."
George Whitesides ist ein Experte für Mikrofluidik. Seit Jahren entwickelt er Techniken, mit denen sich die Verteilung von kleinsten Flüssigkeitsmengen genau steuern lässt. So werden selbst mit Papier komplexere Analysen etwa einer Blutprobe möglich.
"Um mit einem einzelnen Blutstropfen als Probe gleich mehrere Analysen durchzuführen, muss man den Tropfen auf verschiedene Testzonen aufteilen. Dafür erzeugen wir Kanäle, um die Flüssigkeitsströme im Papier zu trennen und zu lenken."
Die Kanäle im Papier zieht George Whitesides mit Hilfe eines umgebauten Tintenstrahldruckers. Als Tinte dient flüssiges Wachs. Damit druckt er die Umrisse der Transportwege und Reaktionskammern auf eine Art Löschpapier. Das wasserabstoßende Wachs dringt in die Fasern ein und härtet aus. So bildet es die Grenzen der Leitbahnen.
Die Saugkraft des Papiers reicht aus, um einen Blutstropfen zu mehreren Reaktionszonen zu leiten. Dort trifft er auf die präparierten Testsubstanzen. Whiteside:
"Bei den Tests, die mit Papier möglich sind, unterscheiden wir grundsätzlich drei Arten. Die erste erkennt bestimmte Stoffwechselprodukte oder Enzyme. Zweitens gibt es immunologische Tests, die mit Antikörpern arbeiten. Die dritte Variante basiert auf dem Nachweis von DNA und RNA. Diese Entwicklung ist aber noch im Laborstadium."
Die Ergebnisse der Tests sind als Farbänderung mit dem bloßen Auge zu erkennen. George Whitesides arbeitet an Teststreifen, die Erreger von Infektionskrankheiten im Blut aufspüren oder Pilzgifte wie Aflatoxin in Nahrungsmitteln. Einen Test hat er sogar schon bis zur Marktreife entwickelt: Er erkennt gefährliche Leberschäden, wie sie als Nebenwirkung von Medikamenten auftreten können. Ein Blutstropfen reicht aus. Eingesetzt werden soll der Test vor allem bei Aids-Patienten in Entwicklungsländern.
"Viele Menschen sterben an Leberversagen als Folge von unkontrolliertem Medikamenteneinsatz. In den Industrieländern wird bei Aids- oder Tuberkulose-Patienten, die ständig Medikamente schlucken müssen, die Leberfunktion regelmäßig überwacht. Aber für die Entwicklungsländer ist das schlicht zu teuer."
In Vergleichen zu etablierten Laboruntersuchungen erreicht die Papiervariante des Lebertests immerhin eine Genauigkeit von etwa 90 Prozent. Unschlagbar ist die Papier-Lösung allerdings beim Preis. George Whitesides rechnet mit Herstellungskosten von fünf bis zehn Cent pro Stück. Aber das ist erst der Anfang.
"Das Interessante an unserer Technik sind die Skaleneffekte. Je mehr Tests wir produzieren, desto billiger wird es. Für die Zukunft gehe ich von Stückkosten aus, die unter einem Cent liegen."
Massenproduktion macht das möglich. George Whitesides hat eigens eine Firma für die weitere Entwicklung, die Herstellung und den Vertrieb der Papiertests gegründet. Sie heißt Diagnostics For Allund arbeitet unter dem Dach einer gleichnamigen Stiftung als Non-Profit-Unternehmen. Schon 2012 wird Diagnostics For All die ersten Lebertests aus Papier zum Selbstkostenpreis in Entwicklungsländer liefern.
"Papier nimmt in den Zwischenräumen seiner Fasern Flüssigkeiten auf. Darin unterscheidet sich Papier nicht von einem Reagenzglas. Es sieht zwar anders aus, aber im Grunde sind alle Arten von Reaktionen, die im Reagenzglas möglich sind, auch in Papier möglich."
George Whitesides ist ein Experte für Mikrofluidik. Seit Jahren entwickelt er Techniken, mit denen sich die Verteilung von kleinsten Flüssigkeitsmengen genau steuern lässt. So werden selbst mit Papier komplexere Analysen etwa einer Blutprobe möglich.
"Um mit einem einzelnen Blutstropfen als Probe gleich mehrere Analysen durchzuführen, muss man den Tropfen auf verschiedene Testzonen aufteilen. Dafür erzeugen wir Kanäle, um die Flüssigkeitsströme im Papier zu trennen und zu lenken."
Die Kanäle im Papier zieht George Whitesides mit Hilfe eines umgebauten Tintenstrahldruckers. Als Tinte dient flüssiges Wachs. Damit druckt er die Umrisse der Transportwege und Reaktionskammern auf eine Art Löschpapier. Das wasserabstoßende Wachs dringt in die Fasern ein und härtet aus. So bildet es die Grenzen der Leitbahnen.
Die Saugkraft des Papiers reicht aus, um einen Blutstropfen zu mehreren Reaktionszonen zu leiten. Dort trifft er auf die präparierten Testsubstanzen. Whiteside:
"Bei den Tests, die mit Papier möglich sind, unterscheiden wir grundsätzlich drei Arten. Die erste erkennt bestimmte Stoffwechselprodukte oder Enzyme. Zweitens gibt es immunologische Tests, die mit Antikörpern arbeiten. Die dritte Variante basiert auf dem Nachweis von DNA und RNA. Diese Entwicklung ist aber noch im Laborstadium."
Die Ergebnisse der Tests sind als Farbänderung mit dem bloßen Auge zu erkennen. George Whitesides arbeitet an Teststreifen, die Erreger von Infektionskrankheiten im Blut aufspüren oder Pilzgifte wie Aflatoxin in Nahrungsmitteln. Einen Test hat er sogar schon bis zur Marktreife entwickelt: Er erkennt gefährliche Leberschäden, wie sie als Nebenwirkung von Medikamenten auftreten können. Ein Blutstropfen reicht aus. Eingesetzt werden soll der Test vor allem bei Aids-Patienten in Entwicklungsländern.
"Viele Menschen sterben an Leberversagen als Folge von unkontrolliertem Medikamenteneinsatz. In den Industrieländern wird bei Aids- oder Tuberkulose-Patienten, die ständig Medikamente schlucken müssen, die Leberfunktion regelmäßig überwacht. Aber für die Entwicklungsländer ist das schlicht zu teuer."
In Vergleichen zu etablierten Laboruntersuchungen erreicht die Papiervariante des Lebertests immerhin eine Genauigkeit von etwa 90 Prozent. Unschlagbar ist die Papier-Lösung allerdings beim Preis. George Whitesides rechnet mit Herstellungskosten von fünf bis zehn Cent pro Stück. Aber das ist erst der Anfang.
"Das Interessante an unserer Technik sind die Skaleneffekte. Je mehr Tests wir produzieren, desto billiger wird es. Für die Zukunft gehe ich von Stückkosten aus, die unter einem Cent liegen."
Massenproduktion macht das möglich. George Whitesides hat eigens eine Firma für die weitere Entwicklung, die Herstellung und den Vertrieb der Papiertests gegründet. Sie heißt Diagnostics For Allund arbeitet unter dem Dach einer gleichnamigen Stiftung als Non-Profit-Unternehmen. Schon 2012 wird Diagnostics For All die ersten Lebertests aus Papier zum Selbstkostenpreis in Entwicklungsländer liefern.