Dr.-Ing. Bastian E. Rapp

Fakultät für Maschinenbau
Entwicklung eines Biosensorarray-Systems auf der Basis von akustischen Oberflächenwellensensoren mit integrierter einwegtauglicher Mikrofluidik

Die Arbeit entstand auf der Basis einer Kooperation mit der Abteilung Funktionale Genomanalyse des Deutschen Krebsforschungszentrums Heidelberg (DKFZ). Sie beschäftigt sich mit der Anwendung von mikrosystemtechnischen Komponenten in der Medizintechnik. Dabei stand die Entwicklung einer neuartigen fluidischen Komponente im Vordergrund, die ein in der Proteinanalyse etabliertes Verfahren zur Synthese von Peptiden vereinfachen sollte.

Eine Anlage zur Durchführung dieser Synthese wird im DKFZ im Probeaufbau betrieben. In diesem System werden zwei Komponenten benötigt: eine konventionelle Mikrotiter-Filterplatte, in welche eine feinporöse und daher kostenintensive Membran integriert ist, und funktionalisierte Kunststoffkugeln, sogenannte Beads, welche die für die Peptidsynthese notwendige funktionalisierte Oberfläche zur Verfügung stellen. Um Kosten zu sparen, werden die Komponenten des Systems nach der Anwendung gereinigt und wieder verwendet. Der dadurch entstehende Mehraufwand ist beträchtlich, da vor allem die Mikrotiter-Filterplatte erst nach zahlreichen Reinigungszyklen wieder eingesetzt werden kann. Selbst dann kann man das Risiko der Kontamination neuer Proben durch Rückstände in der Platte nicht völlig ausschließen.

In Zusammenarbeit mit den Anwendern wurde eine Weiterentwicklung der klassischen Mikrotiter-Filterplatte realisiert, welche die Funktion der Membran und der funktionalisierten Oberfläche direkt zur Verfügung stellt. Da das System nur noch aus einer Komponente besteht, welche in kostengünstigen Massenfertigungsprozessen hergestellt werden kann, konnte ein Einwegprodukt realisiert werden, welches durch die Funktionsintegration die Anwendung stark vereinfacht.

Als Material für die neuartige Mikrotiter-Filterplatte wurde am Beispiel Topas COC die Tauglichkeit einer Vielzahl von biokompatiblen Polymeren demonstriert. Für die Herstellung der feinen Filterstrukturen (Strukturbreiten um die 50µm) mussten bekannte Prozesse der Kunststoffstrukturierung weiterentwickelt werden. Im Rahmen der Arbeit wurde ein Verfahren entwickelt, das unter dem Namen Mikro-Heißstanzen zur Patentierung eingereicht wurde und im Oktober 2005 im Rahmen des Mikrosystemtechnik-Kongresses in Freiburg der Öffentlichkeit vorgestellt wurde.

Neben der Entwicklung der funktionalisierten Mikrotiter-Filterplatte wurde eine Vorrichtung entwickelt, welche es ermöglicht, kleinste Mengen von Pulvern, Granulaten oder ähnlichem in eine große Zahl von Gefäßen zeitgleich zu portionieren. Diese als Bead-Portionierer bezeichnete Vorrichtung wird derzeit am Institut für Mikrostrukturtechnik (IMT) weiterentwickelt und wurde im November 2005 zur Patentierung eingereicht.