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Neues Herstellverfahren für Microarray-Chips zur klinischen Diagnostik

05.10.2011
Auf der diesjährigen Biotechnica vom 11. bis zum 13. Oktober 2011 in Hannover stellt das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT in Halle 9 auf Stand D10 ein laserbasiertes Desktop-System zur Herstellung von Protein-Microarray-Chips vor.

Diese Arrays können beispielsweise in der klinischen Diagnostik eingesetzt werden, um Tumormarker aus Blutproben zu identifizieren. Auch Infektionskrankheiten lassen sich damit detektieren. Das ressourcenschonende Verfahren erlaubt insbesondere komplexe Analysen von geringen Mengen an wertvollem Biopsiematerial.


Bild1: Laserbasiertes Desktop-System Protoprinter.
Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT, Aachen.


Bild2: PDMS - Übertragung mit dem Protoprinter.
Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT, Aachen.

Für Microarray-Chips werden zu Diagnosezwecken minimale Mengen an Biopsiematerial, zum Beispiel aus Tumorzellen eines Patienten, auf eine Oberfläche aufgetragen. Vom relevanten Zellmaterial können oft nur kleinste Mengen gewonnen werden, was den Umfang der Untersuchungsmöglichkeiten einschränkt.

Um eine zielgerichtete Behandlung des Patienten durchführen zu können, ist eine umfangreiche Untersuchung des Biopsiematerials jedoch unerlässlich. Deswegen ist es wichtig, dass die Biopsie des Patienten zu Analysezwecken optimal genutzt wird und als Ausgang für so viele Microarray-Chips wie möglich dient. Üblicherweise werden die Chips mit Mikrodispensersystemen hergestellt. Diese Druckersysteme funktionieren ähnlich wie ein Tintenstrahldrucker. Sie weisen jedoch den entscheidenden Nachteil auf, dass der Druckkopf bei vielen für die Analyse wichtigen Proteinen, wie beispielsweise Immunglobulinen, schnell verstopft. Der Prozess muss gestoppt und der Druckkopf gereinigt oder ausgetauscht werden. Dies bedeutet für den Nutzer einen erheblichen Zeit- und Kostenaufwand.

Druck ohne Druckkopf: zuverlässig, präzise und schnell

Im Rahmen des vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) geförderten INNONET-Projekts ProtoPrint wurde am Fraunhofer ILT in Zusammenarbeit mit der GeSiM Gesellschaft für Silizium-Mikrosysteme mbH ein laserbasiertes Desktop-System zur Herstellung von Protein- Microarray-Chips entwickelt. Im Gegensatz zur herkömmlichen Drucktechnik überträgt dieses System alle Proteine in kleinsten Mengen punktgenau auf das Trägermaterial. Dem Team um Dominik Riester ist es gelungen, mit Hilfe des so genannten »Protoprinters« aus Proteinen ein funktionierendes Testsystem für die Zellanalytik herzustellen.

Der Druckprozess funktioniert folgendermaßen: Über dem Microarray befindet sich ein Glasobjektträger mit dem Biopsiematerial auf der Unterseite und einer zwischengelagerten Absorberschicht aus Titan. Ein gepulster Laserstrahl wird auf die Absorberschicht fokussiert, dabei wird die Titanschicht verdampft und das Probenmaterial durch den entstehenden Vorwärtsimpuls auf das Microarray übertragen. Dieses laserbasierte Verfahren kommt ohne Druckkopf aus und kann deswegen alle relevanten Proteine übertragen. Es entfallen auch die bei Druckköpfen typischen Totvolumina, wie sie beispielsweise durch Zuleitungen entstehen. Die benötigte Ausgangsmenge des wertvollen Biopsiematerials sinkt drastisch. Darüber hinaus erlaubt der Protoprinter Spotgrößen von 10 µm bis 300 µm. Somit können bis zu 500.000 Proteinspots auf eine nur daumennagelgroße Fläche aufgebracht werden, wodurch eine sehr hohe diagnostische Dichte erreicht werden kann. Bisher war es nicht möglich, Probenmaterial mit einer solchen Präzision und Effizienz in so geringen Mengen auf einen Träger aufzubringen. »Der Protoprinter arbeitet zuverlässig sowie ressourcen- und zeitsparend. Deswegen ist sein Einsatz kostengünstiger als das eines Microdispensingsystems«, resümiert Riester.

What you see is what you print

Derzeit wird der Protoprinter zur Herstellung künstlicher hämatopoetischer Stammzellnischen weiterentwickelt. Dabei legen die Aachener Forscher besonderes Augenmerk auf die Integration eines automatisierten, kameragestützten Erkennungsprozesses. Dieser hat die Aufgabe, eine gezielte Übertragung von Zellen oder Substanzen zu ermöglichen. Der Druckprozess soll so optimal kontrolliert werden können.

Während des Fraunhofer-Presserundgangs auf der Biotechnica stellen unsere Experten den Protoprinter sowie weitere Exponate zum Thema Biorap vor. Interessenten treffen sich am 11. Oktober 2011 um 15.30 Uhr am Fraunhofer-Gemeinschaftsstand D10 in Halle 9.

Ansprechpartner im Fraunhofer ILT
Für Fragen stehen Ihnen unsere Experten zur Verfügung:
Dominik Riester
Biotechnik und Lasertherapie
Telefon +49 241 8906-529
dominik.riester@ilt.fraunhofer.de
Dr. Martin Wehner
Biotechnik und Lasertherapie
Telefon +49 241 8906-202
martin.wehner@ilt.fraunhofer.de
Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT
Steinbachstraße 15
52074 Aachen
Tel. +49 241 8906-0
Fax. +49 241 8906-121

Axel Bauer | Fraunhofer ILT
Weitere Informationen:
http://www.ilt.fraunhofer.de

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