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Herstellung und Charakterisierung von Nitrocellulose-Papier Hybridmaterialien und Cellulosenitrat-Papieren als alternative Membranmaterialien für diagnostische Assays

Krauße, Marcel (2024)
Herstellung und Charakterisierung von Nitrocellulose-Papier Hybridmaterialien und Cellulosenitrat-Papieren als alternative Membranmaterialien für diagnostische Assays.
Technische Universität Darmstadt
doi: 10.26083/tuprints-00026381
Dissertation, Erstveröffentlichung, Verlagsversion

Kurzbeschreibung (Abstract)

Die Entwicklung von porösen Nitrocellulose-Membranen (NC-Membranen) geht zurück bis in die 1910er Jahre, wo diese für Filtrationsanwendungen genutzt wurden. Durch konsekutive Weiterentwicklung des Materials wurden Mitte der 1980er Jahre mehrere Patente eingereicht welche den Fluidfluss von gefärbten und mit Antikörper beschichteten Partikeln beschreiben. Diese Patente markieren die Geburtsstunde der Lateral Flow Immuno Assays. Bereits 1988 erfolgte die Markteinführung des ersten Schwangerschaftstests (hCG-Assay) für die Anwendung zu Hause. Bis Heute, sind NC-Membranen aus modernen diagnostischen Assays aufgrund ihren herausragenden Eigenschaften nicht wegzudenken und kommen in einer Vielzahl von Assays und analytisch- diagnostischen Fragestellungen zum Einsatz. Die dabei angewendeten Tests sind in der Regel Einwegartikel, was wie zuletzt während der SARS-CoV-2 Pandemie zu sehen war, zu großen Mengen Einwegabfällen führt. Eine Rückführung der bei den Assays verwendeten Wertstoffe findet in der Regel nicht statt. In dieser Arbeit wird die Herstellung und Charakterisierung von alternativen Membranmaterialien auf Papierbasis diskutiert.

Konventionelle NC-Membranen werden durch Beschichtung von Trägerfolien mit NC-Lösungen hergestellt. Durch eine genaue Kontrolle der Herstellungsparameter werden auf diesem Weg poröse Membranen erhalten. Werden anstelle der Trägerfolie Papiere mit NC-Lösungen beschichtet, so können NC-Papier-Hybridmaterialien (NCPHM) erhalten werden. Die Beschichtung kann dabei vollflächig oder ortsdefiniert (z.B. durch Drucken) erfolgen. Um gänzlich auf eine Beschichtung von Papieren mit NC verzichten zu können, kann eine direkte reaktive Umsetzung von Papieren zu Cellulosenitrat-Papieren erfolgen. Die in dieser Arbeit hergestellten Materialien werden hinsichtlich ihrer Morphologie und mikrofluidischer Eigenschaften Charakterisiert und deren Eignung in diagnostischen Schnelltests mit Hilfe des hCG-Assays (Schwangerschaftstest) und Hepatits-B-Assays validiert.

Typ des Eintrags: Dissertation
Erschienen: 2024
Autor(en): Krauße, Marcel
Art des Eintrags: Erstveröffentlichung
Titel: Herstellung und Charakterisierung von Nitrocellulose-Papier Hybridmaterialien und Cellulosenitrat-Papieren als alternative Membranmaterialien für diagnostische Assays
Sprache: Deutsch
Referenten: Biesalski, Prof. Dr. Markus ; Bruns, Prof. Dr. Nico
Publikationsjahr: 30 Januar 2024
Ort: Darmstadt
Kollation: 186 Seiten
Datum der mündlichen Prüfung: 6 November 2023
DOI: 10.26083/tuprints-00026381
URL / URN: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/26381
Kurzbeschreibung (Abstract):

Die Entwicklung von porösen Nitrocellulose-Membranen (NC-Membranen) geht zurück bis in die 1910er Jahre, wo diese für Filtrationsanwendungen genutzt wurden. Durch konsekutive Weiterentwicklung des Materials wurden Mitte der 1980er Jahre mehrere Patente eingereicht welche den Fluidfluss von gefärbten und mit Antikörper beschichteten Partikeln beschreiben. Diese Patente markieren die Geburtsstunde der Lateral Flow Immuno Assays. Bereits 1988 erfolgte die Markteinführung des ersten Schwangerschaftstests (hCG-Assay) für die Anwendung zu Hause. Bis Heute, sind NC-Membranen aus modernen diagnostischen Assays aufgrund ihren herausragenden Eigenschaften nicht wegzudenken und kommen in einer Vielzahl von Assays und analytisch- diagnostischen Fragestellungen zum Einsatz. Die dabei angewendeten Tests sind in der Regel Einwegartikel, was wie zuletzt während der SARS-CoV-2 Pandemie zu sehen war, zu großen Mengen Einwegabfällen führt. Eine Rückführung der bei den Assays verwendeten Wertstoffe findet in der Regel nicht statt. In dieser Arbeit wird die Herstellung und Charakterisierung von alternativen Membranmaterialien auf Papierbasis diskutiert.

Konventionelle NC-Membranen werden durch Beschichtung von Trägerfolien mit NC-Lösungen hergestellt. Durch eine genaue Kontrolle der Herstellungsparameter werden auf diesem Weg poröse Membranen erhalten. Werden anstelle der Trägerfolie Papiere mit NC-Lösungen beschichtet, so können NC-Papier-Hybridmaterialien (NCPHM) erhalten werden. Die Beschichtung kann dabei vollflächig oder ortsdefiniert (z.B. durch Drucken) erfolgen. Um gänzlich auf eine Beschichtung von Papieren mit NC verzichten zu können, kann eine direkte reaktive Umsetzung von Papieren zu Cellulosenitrat-Papieren erfolgen. Die in dieser Arbeit hergestellten Materialien werden hinsichtlich ihrer Morphologie und mikrofluidischer Eigenschaften Charakterisiert und deren Eignung in diagnostischen Schnelltests mit Hilfe des hCG-Assays (Schwangerschaftstest) und Hepatits-B-Assays validiert.

Alternatives oder übersetztes Abstract:
Alternatives AbstractSprache

The development of porous nitrocellulose membranes (NC membranes) dates back to the 1910s, when they were used for filtration applications. Through consecutive further development of the material, several patents were filed in the mid-1980s describing the fluid flow of colored and antibody-coated particles. These patents marked the birth of lateral flow immunoassays. The first pregnancy test (hCG assay) for home use was launched in 1988. To this day, NC membranes are indispensable in modern diagnostic assays due to their outstanding properties and are used in a variety of assays and analytical-diagnostic questions. The tests used are usually disposable, which, as was recently seen during the SARS-CoV-2 pandemic, leads to large amounts of disposable waste. The recyclable materials used in the assays are generally not recycled. This work discusses the fabrication and characterization of alternative paper-based membrane materials.

Conventional NC membranes are produced by coating support foils with NC solutions. By precisely controlling the manufacturing parameters, porous membranes are obtained in this way. If papers are coated with NC solutions instead of the support foil, NC paper hybrid materials (NCPHM) can be obtained. The coating can be full-area or spatially defined (e.g. by printing). In order to be able to completely dispense with the coating of papers with NC, a direct reactive conversion of papers to cellulose nitrate papers can be carried out. The materials produced in this work are characterized with regard to their morphology and microfluidic properties and their suitability in rapid diagnostic tests is validated using the hCG assay (pregnancy test) and hepatitis B assay.

Englisch
Status: Verlagsversion
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-263817
Sachgruppe der Dewey Dezimalklassifikatin (DDC): 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 540 Chemie
Fachbereich(e)/-gebiet(e): 07 Fachbereich Chemie
07 Fachbereich Chemie > Ernst-Berl-Institut
07 Fachbereich Chemie > Ernst-Berl-Institut > Fachgebiet Makromolekulare Chemie
07 Fachbereich Chemie > Ernst-Berl-Institut > Fachgebiet Makromolekulare Chemie > Makromolekulare Chemie und Papierchemie
Hinterlegungsdatum: 30 Jan 2024 12:48
Letzte Änderung: 31 Jan 2024 06:52
PPN:
Referenten: Biesalski, Prof. Dr. Markus ; Bruns, Prof. Dr. Nico
Datum der mündlichen Prüfung / Verteidigung / mdl. Prüfung: 6 November 2023
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