OptofluidChip - Komplexer Optofluidchip - Jena

Die InnoProfile-Initiative "nanoreplica" (2006-2010) will ihr regionales Innovationsprofil mit dem folgenden Vorhaben stärken und weiterentwickeln:

Die InnoProfile-Transfer-Initiative

Lab-on-Chip-Systeme haben eine besondere Rolle als Schlüsselkomponenten modernster Detektionsmethoden z.B. für Pathogene oder biologische Bedrohungsszenarien. Miniaturisierung und Funktionenintegration ermöglichen dabei zunehmend tragbare und kostengünstige Point-of-Care-Untersuchungen. Im Rahmen des InnoProfile-Transfer-Projekts OptofluidChip soll hierfür ein Integrationsansatz weiterentwickelt werden, der auf dem Inkjetdruck als generativer Fertigungstechnologie und der Replikation in polymeren mikrofluidischen Chips basiert.

Das Forschungsvorhaben baut dabei auf den erfolgreichen Arbeiten der InnoProfile-Nachwuchsforschungsgruppe "nanoreplica" auf. Mikro- und nanostrukturierte Geometrien und Oberflächen, hergestellt durch Abformung in polymerbasierten mikrofluidischen Chips, sollen mit gedruckten funktionalen Materialien kombiniert werden, um verschiedene Funktionalitäten im Chip zu realisieren.

Ziel ist es, einen Demo-Chip zur Polymerase-Chain-Reaction (PCR) herzustellen, der alle für diese Diagnose notwendigen Teilprozesse in einem System kostengünstig integriert. Dieser Chip soll das Potential der Funktionenintegration mittels Inkjetdruck zeigen und Basis für weitere Ideen sein. Dabei arbeitet in dem Verbundvorhaben das Fraunhofer IOF eng mit regionalen und überregionalen Industriepartnern zusammen, die Chiphersteller, aber auch Anwender solcher Analysesysteme umfassen.

Die Ziele

Ziel des Vorhabens ist die Herstellung eines beispielhaften mikrofluidischen Lab-on-Chip-Systems zur Polymerase Chain Reaction (PCR), einem Analyseverfahren, bei dem DNA millionenfach vervielfacht und anschließend leicht detektiert werden kann. Dabei sollen durch die Kombination von mikro- und nanostrukturierten Geometrien in den Fluidstrukturen mit inkjetgedruckten funktionalen Materialien sowohl in der Fluidstruktur als auch auf der Deckelfolie verschiedene Funktionalitäten wie Pumpen, Ventile, Heizer und sensorisch aktive, optische Oberflächen im Chip realisiert werden. Insgesamt soll der Nachweis erbracht werden, dass sich durch die Kombination der beiden kostengünstigen Technologien

  1. Abformung von Mikrofluidikchips aus Kunststoff mit überlagerten makro-, mikro- und nanostrukturierten Geometrien – Integration der vollen Strukturbandbreite in den Formeinsatz und Abformung durch Heißprägen oder Spritzguss,
  2. Inkjetdrucken funktionaler Materialien (elektrisch leitfähige Tinten mit nanoskaligen Metallpartikeln, magnetische Nanopartikel, piezoelektrisch aktorische Polymere, nanoskalige Partikel von Heizleiterlegierungen, fluoreszente Materialien und reaktionsauslösende Chemikalien) auf der Deckelfolie oder in den Fluidstrukturen des Mikrofluidikchips,
hochkomplexe und multifunktionale Systeme für eine breite Palette von Anwendungen in den Lebenswissenschaften herstellen lassen.

Die thematischen Schwerpunkte

  • Technologieentwicklung - Formeinsatzherstellung und Inkjetdruck
    Erforschung, Konzeption und Realisierung inkjetgedruckter Membranpumpen, -ventile, Widerstandsheizer, kapazitiver Fluiddetektions- und induktiver Fluidmanipulationsstrukturen. Zudem Formeinsatzherstellung für Anreicherungsstrukturen, Bevorratungskammern und Fenster, d.h. mit optischer Oberflächenqualität.
  • Demonstrator/Anwendung, Technologieerprobung – PCR-Chipdesign und Fertigung
    Design, Optimierung und Herstellung eines beispielhaften PCR-Chips unter Beachtung der modularen Implementierbarkeit der zentralen Funktionen Fluiddistribution, Fluidtemperierung und Fluiddetektion, Untersuchungen zum Deckeln des Chips mittels thermischem Bonden je nach Vorbehandlungsgrad der inkjetbedruckten Deckelfolie.
  • PCR-Technologie
    Untersuchung und Herstellung reservoir- bzw. schnittstellenangepasster Anreicherungselemente wie Fritten unter Berücksichtigung der fluidisch dichten Anbindung auf Chip-Level.
  • PCR-Anwendung
    Aufbau von Referenzsystemen für HLA und Salmonella-PCR, Entwicklung von entsprechenden Primern und Sonden, Herstellung eines Plasmid-DNA-Standards zur Quantifzierung sowie praktische Charakterisierung einer RealTime PCR zur quantitativen Bestimmung von Keim-DNA (Salmonella PCR) bzw. zum qualitativen Nachweis von B*5701.

Die Partner

  • Fraunhofer IOF
  • Universität Leipzig
  • microfluidic ChipShop GmbH
  • fzmb GmbH
  • Senova GmbH
  • INNO-TRAIN Diagnostik GmbH

Kontakt

Dr.-Ing. Erik Beckert
Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik (IOF)
Albert-Einstein-Straße 7
07745 Jena
Tel.: 03641 807-338 
Fax: 03641 807-604 
E-Mail: erik.beckert[at]iof.fraunhofer.de 

 

Nähere Informationen zum vorangegangenen InnoProfile-Projekt "nanoreplica" finden Sie hier. Weitere Informationen zur ebenfalls aus dieser InnoProfile-Initiative hervorgegangenen InnoProfile-Transfer-Stiftungsprofessur "KoSimO" finden Sie hier.