Fertigungstechnologien für hybride Lab-on-a-Chip-Systeme unter Kombination ingenieurtechnischer und biochemischer Prozessschritte (KombiChip)

Problemstellung
In der medizinischen Diagnostik werden häufig Blut oder andere Körperflüssigkeiten auf weit verbreitete Krankheiten untersucht. Hierzu schickt der Arzt eine entnommene Probe in der Regel an ein zentrales Labor. Daher stehen dem Arzt die Grundlagen seines Befundes erst mit einer zeitlichen Verzögerung zur Verfügung. Es besteht der Bedarf für zeitnahe Tests, die direkt in der Arztpraxis ohne zusätzliches Fachpersonal durchgeführt werden können, beispielsweise zur Erkennung akuter Infektionen.
Die Mikrosystemtechnik ist in den letzten Jahren sehr weit fortgeschritten. Zum einen sind die Abmessungen von Bauteilen und Strukturen bis weit in den Mikrometerbereich geschrumpft, zum anderen können immer mehr unterschiedliche Komponenten zu einem Gesamtsystem mit komplexen Funktionen zusammengeführt werden. Im Prinzip ist ein kleines chemisches Labor auf der Fläche einer Briefmarke möglich. Für die medizinische Diagnostik müssen jedoch winzige Teilbereiche mit einer biologisch aktiven Beschichtung, beispielsweise Eiweißmolekülen, versehen werden. Diese Beschichtungen reagieren mit der Probe und bilden den Kern des Tests; sie sind ausgesprochen empfindlich. Die Beschichtungen müssen gut an den technischen Strukturen haften und über eine ausreichende Lagerfähigkeit verfügen. Diese Anforderungen sind für eine industrielle Fertigung in hohen Stückzahlen noch nicht umsetzbar.

Projektziel
Zielstellung des Projekts KombiChip ist die Erarbeitung von Produktionstechnologien, welche es erlauben biologisch aktive Substanzen in Mikrosysteme zu integrieren.

Vorgehensweise
Um ein derartiges Minilabor herstellen zu können, werden im Projekt KombiChip Erkenntnisse aus den Ingenieurwissenschaften und der Biochemie zusammengeführt. So ist beispielsweise der Trägerkörper aus Kunststoff herzustellen und mit teilweise haarfeinen Kanälen für den Transport der Flüssigkeiten zu versehen. Die für die biologisch aktiven Materialien vorgesehenen Stellen bedürfen einer aufwändigen und mikrometergenauen Vorbehandlung. Dort wird das Material mit noch zu entwickelnden Mikrodosierrobotern schonend aufgedruckt. Diese innovative Einheit ist anschließend auf dem Trägerkörper zu montieren, optisch zu kontrollieren sowie steril und haltbar zu verpacken.

Ergebnisse und Anwendungspotenzial
Die Ergebnisse des Projektes lassen sich für die Herstellung unterschiedlicher Analysesysteme nutzen. Die Anwendungsmöglichkeiten liegen unter anderem in der medizinischen Diagnostik, der Biologie und Biochemie sowie der Umwelt- und Lebensmittelanalytik.

• M2-Automation Martin Müller
• Microfluidic ChipShop GmbH