Digitale Mikrofluidik
Genau darum ging es in unserem Vortrag über die Digitale Mikrofluidik - von tanzenden Tropfen und tragbaren Laboren am Montag, 04.12.2023 an der Technischen Fakultät. Prof. Dr. Bastian Rapp, Prozesstechnologie, Institut für Mikrosystemtechnik (IMTEK), nahm die etwa 70 Schülerinnen und Schüler des Freiburg-Seminars mit in die faszinierende Welt der Flüssigkeiten in winzigen Dimensionen.
Die Veranstaltung begann mit einer spannenden Einführung in die Entwicklung der Mikrosystemtechnik seit der Mondlandung der Apollo 11 am 20. Juli 1969 bis heute. Von der inertialen Messeinheit, die damals Millionen US-Dollar kostete und in einem kühlschrankgroßen Gerät verbaut war, bis hin zur Miniaturisierung von elektronischen Bauteilen und der Verbreitung von Mikrosensoren und Aktuatoren außerhalb der Raumfahrtindustrie. Heute sind solche Chips beispielsweise als Beschleunigungssensoren in Mobiltelefonen für nur 0,08 € pro Stück verbaut:
Das ist Space Science in der Hosentasche! Das ist Mikrosystemtechnik!
Prof. Rapp leitete dann über in die Mikrofluidik und nannte den Tintenstrahldrucker als erstes Beispiel für ein Mikrofluidiksystem. Heutzutage gibt es jedoch fortschrittlichere Systeme, aber oft müssen Proben zur Analyse in Zentrallabore gebracht werden. In manchen Fällen gibt es jedoch nur wenig Material und daher benötigen wir ein miniaturisiertes Labor, um kleine Probenmengen auf kleinerem Raum zu analysieren. Ein Beispiel dafür ist der Teststreifen bei der Blutzuckermessung, bei dem der Glukose-Messstreifen mithilfe eines elektrochemischen Sensors den Blutzucker misst.
Ein Superlabor, das wir in die Hosentasche stecken können!
Der Höhepunkt der Präsentation war die Verpackung kleiner Flüssigkeitsmengen in Tropfenform und ihre frei programmierbare Bewegung ähnlich einem Computer. Tests können als Computercode definiert und auf einem "fluidischen Computer" ausgeführt werden. Diese Plattform nutzt die unterschiedliche Benetzung von Wassertropfen auf Oberflächen, um die Benetzung von Wasser auf der Oberfläche zu kontrollieren. Dazu wird der Tropfen auf ein Dielektrikum abgesetzt und eine Spannung erzeugt, um das Dielektrikum und den Kontaktwinkel zu laden. Diese Plattformen werden bereits in vier großen Feldern eingesetzt, um verschiedene Arten von Tests und Analysen durchzuführen:
- Immunoassays: Diese Plattformen werden verwendet, um Antikörper nachzuweisen. Ein Beispiel dafür sind die Teststreifen der Corona-Tests.
- DNA-Analytik: Hierbei handelt es sich um Plattformen, die zur Analyse von DNA verwendet werden. Ein Beispiel ist der PCR-Nachweis, bei dem der Virus anhand seiner DNA nachgewiesen wird.
- Proteinanalyse: Diese Plattformen werden zur Sequenzierung des Humangenoms verwendet. Das bedeutet, dass die genetische Information im menschlichen Körper analysiert wird, um Informationen über Proteine zu erhalten.
- Zellkulturassays: Diese Plattformen werden für Assays verwendet, bei denen Zellkulturen untersucht werden. Ein Beispiel dafür ist ein Pilzabstrich, bei dem Zellen auf das Vorhandensein von Pilzen getestet werden.
Die Schülerinnen und Schüler waren äußerst begeistert und zeigten ein großes Interesse an dieser Technologie, die zur schnellen und effizienten Diagnose von Krankheiten eingesetzt wird. Nach dem Vortrag fand eine Fragerunde statt und es war einfach fantastisch zu sehen, wie die Schülerinnen und Schüler vor Neugierde sprühten und motiviert waren, Fragen zu stellen, ihr Wissen zu erweitern und eines Tages selbst an wissenschaftlichen Entdeckungen mitzuarbeiten.
Einige der Teilnehmenden werden im Rahmen der Arbeitsgemeinschaft des Freiburg-Seminars „Digitale Mikrofluidik – Schlüsseltechnologie für Lab on a Chip Systeme“ die Möglichkeit haben, auf der Open Drop Plattform ein Assay zu entwickeln, Proben zu extrahieren, aufzubereiten und zu analysieren. Dabei werden sie lernen, wie diese Prozesse durchgeführt werden und wie man ein solches System programmiert.
Zur Videoaufzeichnung: https://bbb2.neptunlab.org/playback/presentation/2.3/7c4b1120fc2945bd305de58203260cc62b0c469c-1701707170305
Kontakt:
Prof. Dr. Bastian Rapp
Professur für Prozesstechnologie
Institut für Mikrosystemtechnik
Albert-Ludwigs-Universität Freiburg
E-Mail: bastian.rapp@imtek.uni-freiburg.de
Kerstin Steiger-Merx
Referentin PR/Marketing
Technische Fakultät
Albert-Ludwigs-Universität Freiburg
Tel.: 0761/203-8056
E-Mail: steiger-merx@tf.uni-freiburg.de