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Lab-on-a-Chip – Miniaturisierung von Assays für vor-Ort-diagnostische Anwendungen mittels Mikrofluidik

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Immunoassays

Zusammenfassung

In der biochemischen Analytik kommen häufig sehr kleine Flüssigkeitsvolumina in der Größenordnung weniger Mikroliter zum Einsatz. Durch die immensen Fortschritte in der Mikro- und Halbleitertechnologie wurden daher seit Beginn der 1990er-Jahre zunehmend Komponenten und Systeme auf Basis von mikrotechnologisch hergestellten kleinsten Kanälen, Mikropumpen und Mikroventilen für biotechnologische Anwendungen entwickelt. Ziel war es dabei, klassische laboranalytische Prozesse derart zu miniaturisieren und zu automatisieren, dass sie klein, portabel und von jedermann anwendbar sind. Es etablierte sich hierfür der Begriff „Lab-on-a-Chip“ (LoC), also „Labor auf dem Chip“ bzw. der häufig synonym verwendete Begriff „Micro Total Analysis System“ (μTAS), also ein System, das eine vollständige Analyse im Mikromaßstab durchführen kann. Ein „Labor auf dem Chip“ muss neben der reinen Funktion der Detektion des Analyten vor allem dafür sorgen, dass die genommene Probe derart (vor-)prozessiert wird, dass der Biosensor in der Lage ist, den Analyten zu detektieren. Somit müssen kleinste Flüssigkeitsmengen, typischerweise kleiner als hundert Mikroliter, nicht nur analysiert, sondern auch bewegt und manipuliert werden können. Das Wissenschaftsgebiet, welches sich mit der Bewegung und Manipulation kleinster Flüssigkeitsmengen beschäftigt, ist die Mikrofluidik.

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Notes

  1. 1.

    Tatsächlich zählt man zu den Fluiden sowohl Flüssigkeiten als auch Gase. Jedoch soll hier mit Blick auf die Anwendung in Chiplaboren lediglich auf Flüssigkeiten eingegangen werden.

  2. 2.

    Bei einem runden Kanal entspricht D dem Durchmesser; bei anderen Kanalgeometrien gilt: D = Dh, wobei Dh der sog. hydraulische Durchmesser ist. Es gilt: D= 4 × A/U (A = Querschnittsfläche und U = Umfang des Kanales).

  3. 3.

    Stoffe, die aus dem Polymer über die Zeit austreten können, z. B. für die Herstellung zugesetzte Additive, unvernetzte Monomere, etc.

Literatur

  • Nam-Trung Nguyen (2018): “Fundamentals and Applications of Microfluidics – Third Edition”, Artech House

    Google Scholar 

  • Yole Développement (2020): “Point-of-Need Testing: Applications of Microfluidic Technologies“, www.yole.fr

  • A. Manz et al. (1990): “Miniaturized total chemical analysis systems: a novel concept for chemical sensing”, Sens Act B: Chem 1 (1), 244–248

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    Google Scholar 

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Nestler, J., Frank, J., Bier, F. (2023). Lab-on-a-Chip – Miniaturisierung von Assays für vor-Ort-diagnostische Anwendungen mittels Mikrofluidik. In: Raem, A.M., Rauch, P. (eds) Immunoassays. Springer Spektrum, Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-662-62671-9_11

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