Winzig: Das Blutlabor auf einem Chip


Winzige magnetisierbare Kunststoffkugeln bilden Ventile, Pumpen und Rührer.

Winzige magnetisierbare Kunststoffkugeln bilden Ventile, Pumpen und Rührer.

Stuttgart (idw) – Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Metallforschung der Universität Stuttgart und der Colorado School of Mines haben jetzt Mikromaschinen bauen Mikrorührer und Pumpen in einen Chip.

Die Wissenschaftler bauen Ventile, Pumpen und das Rührwerk eines Mikrolabors erst in einer winzigen Apparatur auf einem Chip zusammen. Zu diesem Zweck werden winzige Plastikkügelchen, die sich magnetisieren lassen – als Bausteine in die Kanäle auf dem Chip geschleust. Mithilfe eines Magnetfeldes lassen sich die Teilchen dann zu größeren Aggregaten zusammenfügen und als Mikromaschinen in Bewegung setzen.

Biologen und Chemiker möchten für ihre Experimente künftig möglichst auf sperrige Glaskolben, Bunsenbrenner und Magnetrührer verzichten. Vergleichbar mit der Mikroelektronik, wo Elektronen durch winzige Leiterbahnen gelenkt werden, sollen chemische Reaktionen künftig in mikrofluidischen Systemen, das heißt Kammern und Kanälen von wenigen Mikrometern Durchmesser, ablaufen. Mit solchen sogenannten „Labs on a Chip“ lassen sich dann etwa DNA-Sequenzen oder Blutproben deutlich schneller und effizienter analysieren. Da sie nur mit winzigen Flüssigkeitsmengen arbeiten, ist ein solcher Ansatz auch sehr viel kostengünstiger als herkömmliche Verfahren, in denen größere Stoffmengen benötigt werden. Schließlich wären entsprechende Analyse-Geräte auch transportabel, weil ihr Herzstück sehr wenig Platz braucht. So könnten etwa Rettungssanitäter Blutproben direkt am Unfallort untersuchen.

Forscher um Clemens Bechinger, Professor an der Universität Stuttgart und Fellow am Max-Planck-Institut für Metallforschung, und David Marr, Wissenschaftler an der Colorado School of Mines, haben jetzt einen neuen Weg eröffnet, solche miniaturisierten Labore mit beweglichen Teilen auszustatten und die winzigen Apparaturen anzutreiben. Sie schleusen Kolloidteilchen, Plastikkügelchen von knapp fünf Mikrometer Durchmesser, in die Kanäle und Hohlräume auf dem Chip.

Da die Partikel Eisenoxid enthalten, lagern sie sich zusammen, wenn sie durch ein äußeres Magnetfeld magnetisiert werden. Mit vier Spulen formen die Wissenschaftler das Magnetfeld so, dass sich die Mikropartikel buchstäblich ferngesteuert zu Rauten oder Zahnrädern gruppieren: „Welche Form sie annehmen hängt entscheidend von der jeweiligen Geometrie der Kanäle ab“, erklärt Tobias Sawetzki, der als Doktorand an dem Projekt arbeitet. Sobald die Mikropartikel aber einmal Gestalt angenommen haben, behalten sie diese, solange das Magnetfeld angeschaltet bleibt.
Mit dem neuen Verfahren lassen sich bis zu 5000 Pumpen auf einem Quadratzentimeter unterbringen.

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