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Bausteine des mikrofluidischen Baukastens.
Durchführung eines immunologischen Prozesses mit
mikrofluidischen Bausteinen auf mehreren Ebenen.
Bilder: © Fraunhofer IPA
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Die Analysen mit Point-of-Care-Geräten werden
mit hochintegrierten, mikrofluidischen Einmalchips durchgeführt. Die
Strukturen der Einmalchips werden derzeit durch einen hohen
Forschungs- und Entwicklungsaufwand realisiert. Dieser Aufwand lässt
sich durch den am Fraunhofer IPA entwickelten modular aufgebauten
mikrofluidischen Baukasten deutlich reduzieren. Aber nicht nur die
Entwicklung von mikrofluidischen Prozessen, die anschließend auf
Einmalanalysechips übertragen werden, ist möglich. Ziel des modularen
mikrofluidischen Baukastens ist auch der Aufbau komplexer
mikrofluidischer Prozesse, die individuell und je nach Bedarf schnell
umgesetzt werden können (z. B. individuelle
Medikamentenzusammenstellung).
Die Entwicklung der mikrofluidischen Strukturen erfolgt, indem
zunächst die einzelnen Funktionen eines Prozessablaufs (z.B. Fördern,
Mischen, Temperieren, Separieren) vereinzelt und anschließend auf
unterschiedlichen Modulen abgebildet werden (vgl. Bild 1). Die
entwickelten Module werden dann auf einer Plattform zunächst separat,
später als zusammengesetzter Prozess getestet. Auf diese Weise können
beliebigste Prozesse innerhalb kürzester Zeit entwickelt und
realisiert werden. Auch können die Prozessabläufe aufgrund der
Modularität schnell abgeändert werden. Dabei ist nicht nur die
Realisierung von Prozessen aus dem medizinischen Analysebereich
möglich, es können auch Prozesse aus Bereichen wie der
Lebensmittelanalytik, Umweltanalytik und Mikrosystemtechnik aufgebaut,
getestet und realisiert werden. Voraussetzung für das Funktionieren
des Baukastens ist das Vorhandensein definierter Schnittstellen. Dies
betrifft nicht nur die Schnittstellen der Module untereinander,
sondern ganz besonders die Schnittstellen des Baukastensystems zur
Makrowelt. Bild 2 zeigt eine Plattform, auf der verschiedene
mikrofluidische Module für einen immunologischen Prozess verknüpft
sind.
Mit diesem mikrofluidischen Baukasten ist es möglich, Prozesse in
mikroverfahrenstechnischen Produktionen zu realisieren. Ein
Anwendungsbeispiel ist die Entwicklung einer Mikropharmafertigung, die
individuell patientengerechte, flüssige Medikamente vor Ort herstellt.
Die Umsetzung einer Mikropharmaproduktion ermöglicht die optimale und
individuell angepasste Dosierung einzelner Wirkstoffe, was eine
verbesserte Therapie für den Patienten zur Folge hat. Darüber hinaus
werden unwirksame Zusatzstoffe wie beispielsweise Konservierungsstoffe
nicht mehr benötigt. Ebenfalls wird durch die Just-in-Time-Produktion
der Medikamente eine Überproduktion vermieden. Zusätzlich entfallen
Lagerplatz und Lagerkosten.
Mit dem modularen mikrofluidischen Baukasten sind jedoch nicht nur
Prozesse in mikroverfahrenstechnischen Produktionen realisierbar. Auch
die Entwicklung von mikrofluidischen Einmalanalysechips ist möglich.
Die Umsetzung mikrofluidischer Prozesse auf Einmalchips wird
realisiert bei Analysen, die massenhaft durchgeführt werden (z. B. in
der medizinischen Analytik). Voraussetzung für die Entwicklung von
mikrofluidischen Einmalanalysechips ist die erfolgreiche Abbildung und
Testung verschiedener aufeinander folgender mikrofluidischer
Strukturen auf Modulen des modularen Baukastens. Die Analysechips
können nach erfolgreicher Testung der zusammenhängenden Strukturen auf
der Plattform als monolithisches System kostengünstig und in hohen
Stückzahlen hergestellt werden. Der Chip kommt dann bei
Point-of-Care-Analysen zum Einsatz. Die Probe wird dabei direkt in den
Chip eingeführt und kommt zur Auswertung in ein speziell dafür
entwickeltes Gerät.
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