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Für die günstige und schnelle Miniaturisierung analytischer Assays in automatisierte, mikrofluidische Systeme (Lab-on-a-Chip) bietet das HSG-IMIT eine neue Dienstleistung an: den Lab-on-a-Chip Foundry Service. Das Institut der Hahn-Schickard-Gesellschaft aus Villingen-Schwenningen stellte den Service erstmals auf der BioTechnica 2008 in Hannover der Fachwelt vor.
Das Engineering-Angebot richtet sich an Unternehmen, die auf dem Gebiet der Analytik und Diagnostik tätig sind, aber auch an Forschungseinrichtungen. Besonders den Firmen der Biotechnologie-Branche soll die Möglichkeit gegeben werden neu entwickelte Assays zügig als Lab-on-a-Chip Systeme zu realisieren um sie selbständig zu vermarkten. Durch Nutzung des Lab-on-a-Chip Foundry Service müssen sie dazu keine eigenen Kompetenzen im Bereich der Mikrosystemtechnik und Mikrofluidik aufbauen.
In kürzester Zeit kann ein Prototyp vom Lab-on-a-Chip Foundry Service des HSG-IMIT nach Kundenbedürfnissen bereitgestellt werden. Die Miniaturisierung und Integration erfolgt in einem systematischen und modularen Entwicklungsprozess, der die Entwicklungszeit mikrofluidischer Systeme entscheidend verkürzt. Damit reagiert das Institut auf die gestiegene Nachfrage nach einer schnellen Lieferung von Testmustern als wichtigen Schritt in der Produktentwicklung.
Die Mikrosystemtechnik kann in diesem Anwendungsgebiet einige ihrer originären Vorteile wirkungsvoll ausspielen: Die speziellen Gesetzmäßigkeiten der Mikrofluidik erlaubt, dass die Handhabung von Flüssigkeiten für komplexe präparative oder analytische Protokolle in einer kompakten Kartusche benutzerfreundlich untergebracht werden können. Die in den Mikrodimensionen gut kontrollierbaren Strömungs- und Temperaturverhältnisse erlauben chemische Prozesse unter gut reproduzierbaren Bedingungen und bei hohen Konzentrations- und Temperaturgradienten zu fahren. Zudem verbrauchen mikrofluidische Systeme weniger Reagenzien als herkömmliche Verfahren und ermöglichen somit eine Kostenreduzierung für den Anwender. Eine entscheidende Neuerung stellt dafür die Fertigung der Systeme in Folientechnik dar. So ähneln die neuesten Mikrofluidiksysteme einer Blisterverpackung für Tabletten. Für diese Systeme wird noch weniger Material verbraucht ohne daß die Funktion dadurch negativ beeinflusst wird.
Der Miniaturisierung stand bisher oft der hohe Entwicklungsaufwand und die damit verbundenen Kosten und Risiken entgegen. Das HSG-IMIT hat sich zum Ziel gesetzt diese Barriere für den Martkeintritt zu verringern. Dazu dient der systematische Entwicklungsprozess des Lab-on-a-Chip Foundry Service. Dabei wird ein Assay zuerst schematisch in einzelne Schritte (engl. LUO's = Laboratory Unit Operations) zerlegt. Diese einzelnen Schritte werden in bereits bestehende, validierte mikrofluidische Funktionselemente wie Schalter, Ventile, Mischer oder Extraktionsstrukturen übersetzt. Ein neues Design wird damit hauptsächlich durch die Verknüpfung bereits erprobter Strukturen erzeugt. Das führt zu kurzen Entwicklungszeiten und begrenzt die Risiken.
Bei der Entwicklung setzt der Lab-on-a-Chip Foundry Service des HSG-IMIT primär auf zentrifugale Geräte in Kombination mit kostengünstigen Kunststoffkartuschen oder Disks. Diese sogenannte zentrifugale Plattform hat sich dabei als robust und vielseitig erwiesen, da nur durch Ändern von Drehrichtung und Drehzahl im zentrifugalen Gerät verschiedenste Funktionen realisiert werden können. Durch das Zentrifugalprinzip entstehen hohe Drücke und Kräfte direkt auf der Disk ohne externe Anschlüsse. Dies ermöglicht einen Verzicht auf komplexe Komponenten, wie Dichtungen, aktive Ventile oder Pumpen. In vielen anderen Lab-on-a-Chip Systemen sind diese dagegen unverzichtbar und treiben deren Kosten in die Höhe. Erfahrungen liegen mit verschiedensten Assaytypen vor, so wurden bereits Immunoassays (Antikörper basierte Tests), Nukleinsäureanalysen (DNA) mit Real-Time PCR und Vollblutanalysen erfolgreich implementiert.
Das Institut bringt eine Fülle von Einzelleistungen und Kompetenzen in den Lab-on-a-Chip Foundry Service ein. Neben der Mikrofluidik an sich zählen dazu vor allem das Rapid Prototyping mit Lithographie, Mikrofräsen, Beschichtungstechniken, Siegeln, Heißprägen und Thermoformen von Folien. Eine Bibliothek mit fluidischen Funktionselementen, Layouts und Testverfahren, sowie Herstellungsverfahren steht zur Verfügung. Das Institut verfügt über ein eigenes, 600 Quadratmeter großes Reinraumlabor sowie ein biologisches Labor in dem Tests auch mit pathogenen Bakterien und Viren durchgeführt werden.
Mit dem Lab-on-a-Chip Foundry Service stellt das HSG-IMIT in allen Bereichen das nötige Know-How und die Technologien für das Prototyping von analytischen Mikrofluidiksystemen zur Verfügung. Darüber hinaus ermöglicht das Institut die Entwicklung von kundenspezifischen Auslesegeräten und arbeitet mit Unternehmen für die Serienproduktion von mikrofluidischen Chips zusammen. Mit diesem Netzwerk und der engen Kooperation mit dem Institut für Mikrosystemtechnik der Universität Freiburg, wo aktuellste Forschungen im Bereich Lab-on-a-Chip stattfinden, positioniert sich das HSG-IMIT als kompetenter Entwicklungspartner für die Biotechnologiebranche.
Merkmale dieser Pressemitteilung:
Biologie, Chemie, Medizin
überregional
Forschungs- / Wissenstransfer, Forschungsergebnisse
Deutsch
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