Optische Sensoren für responsive Implantate

Bei der Entstehung periimplantärer Infektionen kommt es zur bakteriellen Dysbiose, die gekennzeichnet ist durch eine Verschiebung in der Zusammensetzung bakterieller Biofilme mit der Zunahme pathogener Bakterienspezies. Eine frühzeitige Erkennung dieser Dysbiose (z.B. anhand von Änderungen im Biofilm-Stoffwechsel) ist dabei maßgeblich für eine erfolgreiche Therapie.

Das Ziel von Teilprojekt B03 ist die Entwicklung nicht-invasiver optischer Sensoren zur Detektion der bakteriellen Dysbiose an dentalen Implantaten in einer interdisziplinären Zusammenarbeit der Physik, Chemie, Biologie und Medizin.

Es sollen verschiedene optische Detektionssysteme entwickelt werden: Faseroptische Chemosensoren (Optroden) sollen die Sauerstoff-Konzentration sowie den pH-Wert innerhalb der Biofilme mit Hilfe photolumineszenter Farbstoffe analysieren. Gleichzeitig sollen Sensoren, basierend auf ATR-Infrarotspektroskopie (attenuated total reflection), eine positionsspezifische Detektion von Biofilmen auf Implantatoberflächen ermöglichen. Für die Evaluation der Sensoren ist die Entwicklung eines mit klinischen Daten verifizierten oralen Multispezies-Biofilm-Modells notwendig, welches die Verschiebung in der Spezies-Zusammensetzung in vitro nachbildet. Darüber hinaus soll analysiert werden, ob und wie eine Miniaturisierung in einem mikrofluidischen System möglich ist. Im letzten Schritt werden alle Komponenten kombiniert und das Biofilmwachstum mit Hilfe der entwickelten Sensoren analysiert.