Suchen

Mikrofluidische Point-of-Care-Cartridges Peristaltik auf dem Chip

| Autor / Redakteur: Norbert Gottschlich* / Dr. Ilka Ottleben

Kürzere Analysenzeiten und der geringere Probenverbrauch machen die Mikro-fluidik zur hochinteressanten Technologie für zahlreiche Anwendungen. Ein neues Pumpkonzept eignet sich besonders für Point-of-Care (POC)-Anwendungen und sogar für die Arbeit mit Zellkulturen.

Firmen zum Thema

Abb. 1: Twin-Film Pumpenkonzept: Die erste Folie wird direkt mit dem Chip verschweißt. Die zweite Folie wird auf der Oberseite mit einem kleinen seitlichen Abstand von der ersten Schweißlinie montiert. In der Skizze sind Einlass und Auslass mit roten Pfeilen markiert. Der Dritte Anschluss erlaubt die Auslenkung der Folien (pneumatisch oder mechanisch), durch die sich der Kanal bildet.
Abb. 1: Twin-Film Pumpenkonzept: Die erste Folie wird direkt mit dem Chip verschweißt. Die zweite Folie wird auf der Oberseite mit einem kleinen seitlichen Abstand von der ersten Schweißlinie montiert. In der Skizze sind Einlass und Auslass mit roten Pfeilen markiert. Der Dritte Anschluss erlaubt die Auslenkung der Folien (pneumatisch oder mechanisch), durch die sich der Kanal bildet.
(Bild: Thinxxs)

Ein grundlegendes Merkmal der Mikrofluidik ist das Potenzial der Miniaturisierung, die zu einem geringen Probenverbrauch und schnellen Zeiten für die Analyse führt. Kein Wunder also, dass die Mikrofluidik von großem Interesse ist für alle, die an der der Entwicklung von Point-of-Care (POC)-Diagnostik-Systemen beteiligt sind. Diese Systeme werden häufig auch als „Lab-on-Chip“ oder µTAS (Micro Total Analysis System) bezeichnet. Typischerweise bestehen sie aus einem Einwegartikel, der mit der Probe in Berührung kommt, und einem Instrument, um die Analyse zu steuern und das Ergebnis anzuzeigen.

Aber nicht nur die medizinische Diagnostik kann von der Miniaturisierung profitieren. Andere Anwendungsgebiete sind chemische und biologische Analysen (z.B. Umweltüberwachung) oder die Dosierung von Medikamenten. Bei allen diesen Systemen müssen Flüssigkeiten bewegt und gesteuert werden.

Steuerung von Flüssigkeiten in Lab-on-Chip-Systemen

Die Mikrofluidik hat sich in den letzten Jahren deutlich weiterentwickelt. Es wurden eine Reihe von Lösungen für wichtigste Funktionalitäten wie Probenvorbereitung, Reagenzienspeicherung, Abmessen von Flüssigkeitsmengen im µL-Maßstab oder Ventilfunktionalitäten entwickelt. Eine zentrale technische Herausforderung in verschiedenen Lab-on-Chip-Systemen ist die Steuerung von Flüssigkeiten (Proben und/oder Reagenzien).

In der Vergangenheit wurden viele unterschiedliche Methoden vorgeschlagen, Flüssigkeiten in Lab-on-a-Chip-Systemen kontrolliert zu bewegen. Gegenwärtig wird die Steuerung von Flüssigkeiten entweder durch Integration einer Pumpe auf dem Einwegartikel oder durch externe makroskopischen Pumpen erreicht. Eine Reihe von mikrofluidischen Systemen nutzen pneumatische Antriebe. Dies erfordert eine sorgfältige Konstruktion der Schnittstellen, um zu vermeiden, dass Flüssigkeit das Gerät kontaminiert.

Konzept der peristaltischen Pumpe bietet Vorteile

Das Konzept einer peristaltischen Pumpe bietet einige Vorteile insbesondere für mikrofluidische Anwendungen. Traditionelle (makroskopische) peristaltische Pumpen verwenden einen flexiblen Schlauch, der durch einen Rotor mit einer Anzahl von Walzen zusammengedrückt wird. Dieses Konzept kann auch auf ein planares Design übertragen werden. Zur Aktuierung kann entweder ein Rotor (wie in herkömmlichen Pumpen) oder eine Anzahl von diskreten Aktuatoren entlang der Fluidkanal eingesetzt werden.

Anstelle des Schlauches kann eine flexible Membran verwendet werden. Oft kommen dabei flexible Materialien wie PDMS oder Silikon zum Einsatz. Die Elastizität dieser Materialien stellt den Kanal in die ursprüngliche Form zurück, sobald kein Druck ausgeübt wird. Ein Nachteil dieses Konzeptes stellt jedoch die chemische oder biologische Verträglichkeit dar. Elastomere enthalten Weichmacher und andere Produkte (Öle), die unter Umständen nicht mit dem durchzuführenden Test kompatibel sind. Darüber hinaus ist mit diesem Ansatz einen komplexe Montage verbunden, was zu höheren Herstellungskosten führt.

(ID:43324471)