01.02.2020
Grafik zu SAFIA

Mit SAFIA können vier Marker bestimmt werden: Die Probe wird mit Reagenzien (Parti-kel und Antikörper) gemischt und im Durchflusszytometer analysiert.

Quelle: BAM, Fachbereich Umweltanalytik und Fachbereich Chemische und Optische Sensorik

Zur Überprüfung, ob Abwässer in natürliche Gewässer eingeleitet und diese dadurch verschmutzen, können sogenannte „anthropogene Marker“ verwendet werden: Dabei handelt es sich um Stoffe, die nicht natürlich in Gewässern vorkommen. Dies sind zum Beispiel Medikamentenrückstände, Nahrungsmittelinhaltsstoffe oder endogene Stoffwechselprodukte. Über das Abbauverhalten von anthropogenen Markern können zudem Rückschlüsse auf die Reinigungseffizienz von Klärwerken gezogen werden. In diesem Artikel wird die Entwicklung einer Methode beschrieben, mit der es erstmals möglich ist, vier Marker (Coffein, eine Gallensäure und die Medikamente Carbamazepin und Diclofenac) gleichzeitig zu bestimmen. Damit sind alle oben genannten Klassen von Markern abgedeckt. Die hierfür entwickelte Methode ist ein antikörperbasierter Schnelltest, genannt SAFIA (Suspensionsarray Fluoreszenzimmunoassay). Er besteht aus zwei Komponenten: Antikörpern, die den Analyten hochselektiv binden und speziellen Mikropartikeln. Letztere bestehen aus einem Polymerkern und einer Siliziumdioxidschale und sind die Plattform-Technologie hinter SAFIA. Sie sind mit dem jeweiligen Target bzw. Marker funktionalisiert. Die Partikel sind mit einem Fluoreszenzfarbstoff in unterschiedlichen Konzentrationen angefärbt und somit unterscheidbar („codiert“). Auf den Partikeln werden die anthropogenen Marker immobilisiert, je ein Marker pro Code. Wird eine Wasserprobe mit den Partikeln und den Antikörpern gemischt, binden die Antikörper konzentrationsabhängig entweder den freien Marker oder den Partikel-immobilisierten Marker. Partikelgebundene Antikörper werden dann mit einem zweiten Fluoreszenzfarbstoff angefärbt. Die Fluoreszenzsignale der beiden Farbstoffe (Codierung und Antikörper) werden mit einem Durchflusszytometer gemessen. Dabei werden die Partikel vereinzelt und passieren einen Laserstrahl, der sie zur Fluoreszenz anregt. Der gesamte Assay wurde so konzipiert, dass die Reagenzien einfach mit der Probe gemischt werden können. Waschschritte, wie sonst bei Immunoassays üblich, entfallen. Nach erfolgter Entwicklung und Optimierung wurde die Anwendbarkeit von SAFIA auf reale Abwasserproben überprüft und die Resultate mit denen einer Referenzmethode (LC-MS/MS) und eines konventionellen Schnelltests (ELISA) verglichen. SAFIA wies hierbei eine gute Genauigkeit auf. Durch die einfache Anwendung und die kurze Analysenzeit der Methode kann SAFIA als prozessanalytisches Werkzeug, z. B. in Klärwerken, eingesetzt werden.

Wash-Free Multiplexed Mix-and-Read Suspension Array Fluorescence Immunoassay for Anthropogenic Markers in Wastewater
Peter Carl, Dominik Sarma, Bruno J. R. Gregório, Kristin Hoffmann, Andreas Lehmann, Knut Rurack, Rudolf J. Schneider, erschienen in Analytical Chemistry Vol. 91, Issue 20, Seiten 12988-12996, 2019
BAM, Fachbereich Umweltanalytik und Fachbereich Chemische und Optische Sensorik