Am Puls des Chiplabors

Mikropumpen im Chip-Based-Lab garantieren den Flüssigkeitstransport bis in den Nanoliterbereich

Die klinische und industrielle Analytik und Diagnostik hat einen wachsenden Bedarf an immer sensitiveren und schnelleren Nachweisverfahren unter Verwendung kleinster Proben-Volumina. Mit dem BMBF-Verbundprojekt „MODULAB“ wird ein „Chip-Based-Lab“-Baukasten entwickelt, in dem die notwendigen Arbeitsschritte in einzelnen Bausteinen getrennt durchgeführt werden können. Die Institut für Mikrotechnik Mainz GmbH (IMM) ist unter anderem für Konzeption und Bau der dafür notwendigen Mikropumpen verantwortlich. Durch sie wird der Transport kleinster Flüssigkeitsvolumina bis in den Nanoliterbereich ermöglicht.

Die Mikropumpen des IMM nutzen typische Eigenschaften einer magnetischen Suspension (Ferro- bzw. Magnetofluide) aus. Das Ferrofluid ist auf einem eigens entwickelten Chip in kleinen Kanälen eingeschlossen und kann über einen Schrittmotor mit einem Magneten gezielt bewegt werden.

Der mit dem Ferrofluid befüllte Chip ist über ein luftgefülltes Kapillarsystem mit einem zweiten Chip beispielsweise für eine Polymerase-Kettenreaktion (PCR) verbunden. Dieser PCR-Chip enthält das zu analysierende genetische Material und ist für die Umsetzung der Polymerase-Kettenreaktion in verschiedene Temperaturzonen eingeteilt.

Mit Hilfe des Magneten wird das Ferrofluid in den Kanälen des entsprechenden Chips bewegt. Die luftgefüllte Verbindung zu den Kanälen des PCR-Chips ermöglicht die schnelle und exakte Positionierung der dort enthaltenen Analyseflüssigkeit in der für die Reaktion jeweils notwendigen Temperaturzone. Das Funktionsprinzip erlaubt, PCR-Reaktionen mit minimalen Zykluszeiten durchzuführen, da das Probenvolumen schon auf dem Weg in die nächste Temperaturzone entsprechend temperiert wird.

Mit dem „Chip-Based-Lab“ wird ein modulares Konzept umgesetzt, das die Testung verschiedener bioanalytischer Assays auf mikrofluidischer Ebene erlaubt. Die Grundlage bilden unterschiedliche Module die – je nach Fragestellung – miteinander kombinierbar sind.

Projektpartner: Evotec Technologies GmbH, Hamburg, Endokrinologikum Hamburg Forschungsgesellschaft mbH, Hamburg, Institut für Mikrotechnik Mainz GmbH (IMM), Mainz

Die Entwicklung des modularen Labors wird gefördert durch das Verbundprojekt des BMBF-Förderprogramms „Mikrosystemtechnik 2000+“ (Förderkennzeichen 16SV1355)