Neue Chiptechnologie für die Tropfen-basierte Mikrofluidik

Die Herausforderungen beim breiten Einsatz von Tropfen-basierten Mikrofluid-systemen (MFS) für Multiparameter-Analysen oder für das Manipulieren von segmentierten Proben liegen in der Bereitstellung von Komponenten mit geeigneten funktionellen Oberflächen.

Diese müssen einerseits den Transport der segmentierten Proben (Kompartimente) gewährleisten, andererseits aber auch die Integration von Sensoren und Aktoren in ein solches Mikrosystem unterstützen. Die zumeist aus Polymeren gefertigten MFS als Kernkomponenten des fluidischen Systems weisen jedoch im Allgemeinen nicht die für das Manipulieren der meist wässrigen Kompartimente geeigneten Oberflächeneigenschaften auf.

Vielmehr ist es notwendig, die Oberflächen der Fluidkanäle so zu modifizieren, dass sie einen hohen Wasserkontaktwinkel aufweisen. Nur so ist beispielsweise das Generieren von wässrigen Kompartimenten in ein hydrophobes Separationsfluid möglich. Geeignete Wasserkontaktwinkel lassen sich mittels hydrophober Schichten erzeugen, wobei der Grad der Hydrophobizität und der Stabilität der Schicht die relevanten Qualitätsmerkmale darstellen.

Ein Ergebnis des vom BMWi (AiF über EFDS e.V.) geförderten Forschungsprojektes „DROPbased“ (Fkz. IGF-10/01) ist ein plasmabasiertes Beschichtungsverfahren, das ein langzeitstabiles Hydrophobisieren von Polymer-basierten mikrofluidischen Systemen ermöglicht. Die Stabilität der so erzeugten Schichten wurde anhand biologischer Applikationen mit einer ebenfalls im Rahmen des Projektes entwickelten mikrofluidischen Basisplattform nachgewiesen (s. Abb. 1).

Diese Basisplattform ermöglicht das reproduzierbare Erzeugen von Kompartimenten, deren sensitive Detektion sowie ein aktives und automatisiertes Zudosieren weiterer Fluide in die im Mikrokanal strömenden Kompartimente. Die MFS zur Separation, Detektion und Injektion (s. Abb. 2, Patent erteilt) wurden im Projekt umfassend untersucht und ermöglichen eine stabile Prozessführung.

Die im Rahmen des Projektes erzeugte Datenbasis liefert für zukünftige Projekte wichtige Informationen und ermöglicht ein problemloses Übertragen fluidischer Parameter auf das Bearbeiten neuer Fragestellungen. Aufgrund seiner Flexibilität, Langzeitstabilität und Reproduzierbarkeit ist die Technologie für Anwendungen im Life Science Bereich hervorragend geeignet.

Projektpartner waren das Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik in Braunschweig(IST) und das Institut für Bioprozess- und Analysenmesstechnik e.V. (iba) in Heilbad Heiligenstadt.