MikroHips - Mikrosysteme mit hierarchischen Polymerstrukturen - Chemnitz

Das ForMaT-Vorhaben

Im Bereich der Bioanalytik kommt der Separation von Substanzen bzw. spezifischen Zellen besondere Bedeutung zu. Dabei besteht die Herausforderung darin, spezifische Zellen mit möglichst geringem Fehler qualitativ und quantitativ sowohl für zelldiagnostische als auch zelltherapeutische Anwendungen zu isolieren. Besondere Herausforderungen und Entwicklungsbedarf zeigen sich bei Methoden und Verfahren zur Diagnostik auf Zellbasis, insbesondere bei der Separation spezifischer Zellen aus geringen Flüssigkeitsmengen, wie z.B. Blut.

Mit der Entwicklung neuer Methoden und Verfahren zur Zellseparation will das ForMaT MikroHips für diesen Bereich Lösungen anbieten. So werden Wege für weitere Entwicklungen in der medizinischen Biotechnologie geebnet und damit ein wesentlicher Beitrag zur Krankheitsvorsorge und -bekämpfung geleistet.

Die Ziele

Ein besonderes Verfahren zur Zellseparation ist die spezifische Anbindung von Zellen an synthetische Partikel und die Abtrennung dieser Feststoffe aus einer Flüssigkeit. Dieses Verfahren erlaubt eine schonende und potenziell parallele Isolation unterschiedlicher Zellen.

Gesamtziel I des Projektes MikroHips ist die Entwicklung von neuartigen Filtermedien mit Porengrößen im Mikrometerbereich für dieses Separationsverfahren. Somit können sich Zellen bzw. Zellarten unter minimaler mechanischer Belastung isolieren lassen. Ein Spezialfall der Zellseparation ist die Plasmaseparation in der Humandiagnostik, d.h. die Abtrennung von zellulären Blutbestandteilen (Erythrozyten, Leukozyten, Thrombozyten) von flüssigem Blutplasma. In einem Teilgebiet der Mikrofluidik, welches sich mit der Miniaturisierung von chemischen und/oder biologischen Analysen in so genannten Lab-on-Chip-Systemen beschäftigt, besteht jedoch das Problem, dass die notwendige Plasmaseparation nicht ohne weiteres integriert werden kann.

Das Gesamtziel II des MikroHips-Projektes besteht daher in der Entwicklung eines Plasmaseparations-Moduls (BloP-Chip) basierend auf Mikrostrukturen und -sieben. Speziell sollen wegen ihrer vorteilhaften Eigenschaften mechanisch stabile Mikro- und Nanosiebe (nano-PABSS) im BloP-Chip zum Einsatz kommen.




Die thematischen Schwerpunkte

Abb. 2: Schematische Darstellung eines integrierten Mikrosiebes zur Querstromfiltration.

Das Innovationslabor MikroHips setzt sich aus drei spezialisierten Forschungsgruppen zusammen:

  • In der Forschungsgruppe Pom-µ-S sollen neuartige anwendungsspezifische Mikrosiebe nach den Prinzipien der partikelassistierten Benetzung und des Inkjet-Druckes entwickelt werden. Die Hauptaufgabe ist dabei die Realisierung von Mikrosieben aus verschiedenen Materialien, mit variablen Porengrößen und optionaler Funktionalisierung entsprechend den identifizierten Anwenderbedürfnissen.
  • Die Aufgabe der Forschungsgruppe BloP-Chip besteht in der Entwicklung eines Moduls (Chips) zur Plasmaseparation aus geringsten Blutmengen. Die Hauptentwicklungsaufgabe besteht in der Optimierung des mikrofluidischen Systems in Bezug auf Befüllverhalten, geringe Totvolumina und Filtrationseigenschaften. Als Filterelemente sollen einerseits Mikrostrukturen zum Einsatz kommen, welche leicht integriert hergestellt werden können, und andererseits Mikrosiebe mit Poren im unteren Mikro- und Nanometerbereich (nano-PABSS) verwendet werden, welche hervorragende Separationseigenschaften versprechen.
  • Die Aufgabe der Forschungsgruppe nano-PABSS besteht in der Entwicklung mechanisch stabiler Mikro- und Nanosiebe nach dem Prinzip der partikelassistierten Benetzung. Die neuartige mechanische Stabilisierung der Mikro-/Nanosiebe wird durch das Aufdrucken einer Stützstruktur mittels Inkjet-Druck erreicht. Eine weitere Forschungsaufgabe bezieht sich auf die Optimierung der Parameter Materialvielfalt, Porengrößen und Funktionalisierung im Hinblick auf die Integration in den BloP-Chip.

Die Partner

Im Innovationslabor MikroHips arbeiten drei Professuren und Institute der TU Chemnitz in den drei Forschungsgruppen Pom-µ-S, Blop-Chip und nano-PABSS interdisziplinär zusammen. Sie werden durch die Professur Marketing der TU Chemnitz aus betriebswirtschaftlicher Sicht unterstützt.

  • Technische Universität Chemnitz
    • Professur für Marketing und Handelsbetriebslehre, Prof. Dr. Cornelia Zanger
    • Professur für Physikalische Chemie, Prof. Dr. Werner A. Goedel
    • Institut für Print- und Medientechnik, Prof. Dr. rer. nat. Reinhard R. Baumann
    • Zentrum für Mikrotechnologien, Prof. Dr. Dr. Prof. hc. mult. Thomas Geßner

Das MikroHips-Team wird weiterhin durch einen industriellen Beirat mit Vertretern aus den Bereichen Biotechnologie und Diagnostik unterstützt.

Kontakt

Prof. Dr. Cornelia Zanger
Technische Universität Chemnitz
Fakultät für Wirtschaftswissenschaften
Professur für Marketing und Handelsbetriebslehre
Thüringer Weg 7
09126 Chemnitz
Tel.: 0371-531-26130
Fax: 0371-531-26139
E-Mail: mikrohips[at]tu-chemnitz.de