JENA / LONDON (IT BOLTWISE) – Forschende am Leibniz-IPHT entwickeln SERS-Substrate mit sulfatgelenkten Silber-Dendriten, die über mindestens sieben Monate messfähig bleiben. Ziel ist, Medikamentenspiegel im Blutplasma künftig schneller und mit weniger Laboraufwand zu prüfen als mit klassischen Verfahren wie LC-MS/MS. Die Studie zeigt die Nachweisfähigkeit für fünf Wirkstoffe inklusive Krebsmedikation und Antibiotikum – trotz der Signalüberlagerungen im Plasma. Entscheidend ist dabei die Kombination aus hoher SERS-Empfindlichkeit und einer Oberfläche, die sich an der Luft deutlich weniger verändert.
Auf Intensivstationen und in der Krebstherapie gilt oft derselbe Grundsatz: Die gleiche verordnete Dosis ergibt nicht automatisch die gleiche Wirkstoffkonzentration im Blut. Sobald sich Verstoffwechselung, Resorption oder Interaktionen zwischen Medikamenten unterscheiden, kann ein Therapeutic-Drug-Monitoring über Erfolg oder Nebenwirkungen entscheiden. Klassische Labormethoden sind zwar sehr genau, aber sie binden Zeit, Spezialgeräte und geschultes Personal. Genau hier setzen Verfahren auf Laserlicht-Basis an. Eine neue Arbeit aus dem Umfeld des Leibniz-IPHT fokussiert dabei besonders die Raman-Spektroskopie in einer hochsensitiven Variante, die auch in komplexen Proben zuverlässig Signale liefert.
Technischer Kern der Studie ist Surface-Enhanced Raman Spectroscopy (SERS): Dabei trifft Laserlicht auf eine Probe, und die Moleküle verändern das zurückgestreute Licht in charakteristischen Mustern. In Blutplasma sind diese Muster allerdings häufig so schwach, dass die Messung ohne Verstärkung unpraktisch wird. SERS nutzt winzige Metallnanostrukturen als „Signal-Verstärker“, weil an ihren Oberflächen elektromagnetische Felder lokal stark ansteigen. Besonders leistungsfähig ist Silber, allerdings mit einem praktischen Problem: Silber oxidiert und verändert sich an der Luft, wodurch die Verstärkungswirkung mit der Zeit nachlassen kann. Die Forschenden entwickeln daher eine Oberfläche, die nicht nur im Labor stark misst, sondern über längere Zeit reproduzierbar bleibt.
Die neue Materialstrategie setzt auf sulfatgelenkte, stark verzweigte Silberstrukturen, die auf einem Trägermaterial wachsen. Unter dem Mikroskop erinnern sie an kleine „Bäume“: Ihre Verzweigungen schaffen viele aktive Stellen, an denen Raman-Signale aus Molekülen besonders stark verstärkt werden. Der Zusatz aus Sulfat erfüllt dabei zwei Rollen gleichzeitig. Erstens steuert er, wie sich die Silberstrukturen ausbilden und verzweigen. Zweitens schützt er die entstehende Oberfläche vor Oxidation. In der Studie waren die Sensoroberflächen unter normalen Lagerbedingungen mindestens sieben Monate messfähig. Diese Stabilität ist mehr als ein Laborwert, denn sie bestimmt, ob Sensoren in Klinikabläufen als wiederholbare Messkomponente überhaupt nutzbar sind.
Um die Oberflächenstabilität und die zugrunde liegende Materialchemie abzusichern, kommen neben der SERS-Messung auch hochauflösende Analysen zum Einsatz. Die Forschenden bestätigen die Effekte unter anderem mit hochauflösender Röntgen-Photoelektronenspektroskopie an der Synchrotronstrahlungsquelle BESSY II des Helmholtz-Zentrums Berlin. Gerade diese Brücke zwischen Spektroskopie und Materialzustand ist für die Robustheit relevant: Sie zeigt, dass die beobachtete Langzeitmessfähigkeit nicht nur auf „Glück“ bei der Herstellung zurückgeht, sondern auf gezielte Grenzflächenchemie. Aradhana Dwivedi hebt zudem hervor, dass Silber zwar grundsätzlich leistungsfähig ist, aber seine geringe Stabilität bisher ein Hindernis für praktische Anwendungen blieb.
Inhaltlich testet das Team die neue Oberfläche mit fünf Medikamenten, darunter Wirkstoffe aus der Krebsmedizin sowie ein Antibiotikum. Der Messablauf vergleicht dabei zunächst Bedingungen in Wasser und anschließend die anspruchsvollere Umgebung von menschlichem Blutplasma. Plasma ist besonders schwierig, weil Proteine, Salze und weitere Bestandteile das Raman-Signal überlagern können, ähnlich wie in einem unübersichtlichen Funkkanal mehrere Stationen gleichzeitig senden. Die Studie zeigt, dass sich mit einer einfachen Vorbehandlung alle untersuchten Wirkstoffe nachweisen lassen. Als Vergleichsfolie in der Praxis stehen meist etablierte Labormethoden wie LC-MS/MS oder immunchemische Assays; SERS zielt dagegen auf schnellere, potenziell weniger apparative Workflows. Experten aus dem Umfeld betonen daher weniger die „Peak-Empfindlichkeit“ im Labor als die Frage, ob die Methode in komplexen Proben verlässlich bleibt und in realistische Prozesse integrierbar ist.
Der nächste Schritt Richtung Anwendung am Krankenbett bleibt klar: Die Probenaufbereitung für Blutplasma oder Blutserum muss leichter werden, und die Herstellung der SERS-Sensoroberflächen muss sich zuverlässig skalieren lassen. Zusätzlich braucht es standardisierte Messgeräte, robuste Messabläufe und zuverlässige Auswertemethoden, die Lichtsignale sicher erkennen und perspektivisch automatisiert verarbeiten. Ein weiterer Hebel sind portable Raman-Geräte, die den Messprozess näher an den Point of Care bringen könnten. Am Leibniz-IPHT werden bereits kompakte Ansätze für die patientennahe Diagnostik erforscht, etwa im Kontext eines laserbasierten Schnelltests für Erreger und passendes Antibiotikum aus einer einzigen Probe. Die neue SERS-Studie ergänzt diese Linie um eine Materialkomponente, die stabile Messungen auch dann ermöglicht, wenn Sensoren nicht ständig „frisch“ produziert werden müssen.
Aus Market-Sicht deutet das auf eine Verschiebung hin zu testbaren, standardisierbaren Bioanalytik-Workflows, bei denen Sensoreigenschaften, Lagerstabilität und Automatisierbarkeit zusammen gedacht werden. Wenn SERS-Substrate wie die sulfatgelenkten Silberdendriten tatsächlich in Kliniken mit wiederholbaren Ergebnissen funktionieren, könnten sich Therapeutic-Drug-Monitoring-Zyklen verkürzen – und damit auch Entscheidungen über Dosierungsanpassungen beschleunigen. Gleichzeitig steigt die regulatorische und datenschutzbezogene Relevanz: Die Messkette braucht Validierung, Qualitätssicherung und Dokumentationsfähigkeit, inklusive klarer Nachweise für Genauigkeit, Robustheit und Konformität mit Labor- und Medizinprodukterecht. Die Studie ist dafür ein wichtiger technischer Startpunkt, aber die Roadmap führt über klinische Partner, größere Datensätze und die Integration in Geräte- und Softwarepipelines. Die Veröffentlichung: Advanced Science (2026), A. Dwivedi et al., „Sulfate-Directed Silver Dendrites with Enhanced Stability for Ultrasensitive SERS-Based Therapeutic Drug Monitoring“.
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