Mikrotechnisch gefertigter Druck mit TopSpot

Microarrays sind Biochips, die aus ausgewählten miniaturisierten Prüfstellen auf einem robusten Träger bestehen. TopSpot ist eine innovative berührungslose Drucktechnik, die eine hohe Durchsatzproduktion von Microarrays mit geringer und mittlerer Dichte ermöglicht.

Microarrays bestehen aus vielen kleinen Spots mit einem Durchmesser von 200µm. Jeder Spot dient als Reservoir einer Reagenz, die empfindlich auf ein bestimmtes Biomolekül reagiert. So kann die Zusammensetzung eines unbekannten Gemischs durch die Analyse der potenziellen Reaktionen zwischen den Substanzen des Gemischs und der Reagenz jedes einzelnen Spots hergeleitet werden.

Die Geschwindigkeit der Methode für die verschiedenen Reagenzien, die gleichzeitig in einem festen Array dispensieren, ist für das Erreichen eines hohen Durchsatzes von Produktions-Microarrays ausschlaggebend. Ein deutsches Forschungsinstitut führte die TopSpot-Technik zur hochparallelen und simultanen Bereitstellung einer Vielzahl von Reagenzien im Pikoliterbereich ein.

Die TopSpot-Technik beruht auf einem mikrotechnisch gefertigten Druckkopf aus Silizium, der aus Reservoiren besteht. Jedes Reservoir ist über einen Kapillarkanal mit einer Düse verbunden. In die Reservoire können verschiedene Flüssigkeiten gefüllt werden, die dann automatisch durch Kapillarkräfte zu den Düsen geleitet werden. Wenn der Druckkopf in das so genannte Druckmodul gesetzt wird, wird ein Kolben über den gefüllten Düsen positioniert und dadurch eine Luftkammer gebildet. Die Bewegung des Kolbens erzeugt in der Luftkammer einen Luftdruck, der den Ausstoß der Tröpfchen bewirkt.

Die TopSpot-Technik hat die Herstellung einer TopSpot-Produktfamilie mit drei Maschinen unterschiedlicher Größe veranlasst. Diese sind so konstruiert, dass ein nahtloser Übergang von der kleineren zur größeren Maschine möglich ist. Zusätzlich dazu erlauben alle 3 das Befüllen der Druckkopf-Reservoire mit vierundzwanzig (24) oder sechsundneunzig (96) Flüssigkeiten. Der Abstand der Reservoire ist abhängig von der Anzahl der verfügbaren Kanäle, üblich ist ein 384 bzw. 1536 Mikrotiterplatten-Format. Die leichte Handhabung, der manuelle Betrieb, die Kompatibilität mit Standard-Pipettier-Robotern sowie die integrierte Druckkopfkühlung zur Minimierung der Verdunstung der Probenflüssigkeit sind nur einige von vielen Eigenschaften dieser Technik.

Der Hauptvorteil liegt jedoch in der Kosteneffizienz dieser Methode bei einem bisher unübertroffenen Durchsatz in der Massenproduktion von Microarrays. Dies wird in erster Linie sowohl durch das parallele und berührungslose Funktionsprinzip als auch durch die Verminderung des erforderlichen Volumens der Probenflüssigkeit bzw. der Reagenz bewirkt. Industriepartner werden nun aufgefordert, dieses Gerät zu testen und weiter zu entwickeln.