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Lab-on-a-Chip

Chemomechanische Schaltkreise rationalisieren den Analysealltag

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Langzeituntersuchungen im Rahmen der Bioreaktor-Überwachung

Als erster Proof-of-Concept wurden Schaltkreise für die Automatisierung lang andauernder Rund-um-die-Uhr-Reihenuntersuchungen realisiert. Derartige Aufgaben, etwa die Überwachung von Bioreaktoren, erfordern die Organisation eines Drei-Schicht-Betriebs und sind damit personalintensiv.

Mit insgesamt 2096 Mikroventilen können die chemICs über maximal acht Tage vollautomatisch und ohne elektrische Hilfsenergie alle zwei Stunden den Reaktoren Proben entnehmen und per Mischungsreaktion analysieren. Die Ergebnisse dieser Analysereaktionen sind Farb­intensitätsänderungen bzw. Farbumschläge und werden mit einem gebräuchlichen optischen Scanner ausgelesen [2].

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Potenzial mikrochemomechanischer Schaltkreise

Die komplett aus Kunststoff bestehenden mikrochemomechanischen Schaltkreise werden kaum teurer als bisher verwendete Untersuchungsbestecke wie Titerplatten sein. Sie besitzen aber die enorme Leistungsfähigkeit großintegrierter Schaltkreise. Durch diese Kombination besitzen sie das Potenzial, die vielen Standarduntersuchungen, die täglich manuell in tausenden Labors durchgeführt werden, zu übernehmen. Aufgrund ihrer Leistungsfähigkeit werden sie statt der wenigen Dutzend Untersuchungen, die das Laborpersonal in chemischen, biologischen oder medizinischen Laboratorien heute manuell an einem Tag erledigen kann, tausende Untersuchungen bewältigen.

Die Forscher erhoffen sich, dass die Chips die manuelle Produktion geringer chemischer Datenmengen durch die automatisierte, IC-getragene Verarbeitung großer chemischer Datenmengen ablösen. Dies würde zu den aus der elektronischen Datenverarbeitung bekannten Skalierungseffekten führen.

Damit würde der medizinischen Diagnostik, den Naturwissenschaften und der stoffverarbeitenden Industrie eine gänzlich neue Methodik zur Verfügung stehen, deren Möglichkeiten heute noch gar nicht abschätzbar sind.

Literatur:

[1] G. Whitesides (2010), Editorial - Solving problems. Lab Chip, 10, 2317-2318.

[2] R. Greiner, M. Allerdissen, A. Voigt, A. Richter (2012), Fluidic microchemomechanical integrated circuits processing chemical information. Lab Chip, 12, 5034–5044.

[3] M. Allerdissen, R. Greiner, A. Richter (2013), Microfluidic microchemomechanical systems. Adv. Sci. Technol., 81, 84-89.

[4] A. Richter, A. Türke, A. Pich (2007), Controlled double-sensitivity of microgels applied to electronically adjustable chemostats. Adv. Mater., 19, 1109-1112.

* Prof. Dr. A. Richter: Technische Universität Dresden & Center for Advancing Electronics Dresden, 01062 Dresden

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