Biotechnologie und Bioanalytik

Automatisierte Pipettenbefüllung eines Multi-Organchips im Multiportalrobotiksystem.
© Fraunhofer IWS, Frank Höhler

Automatisierte Pipettenbefüllung eines Multi-Organchips im Multiportalrobotiksystem.

Für die Biotechnologie stellen die optischen Verfahren ein breites Instrumentarium zur Analyse und Kontrolle biotechnologischer Prozesse bereit. Darüber hinaus werden an den Instituten des Fraunhofer-Verbunds Light & Surfaces Verfahren und Systeme entwickelt, mit denen biotechnologische Prozesse durchgeführt bzw. die einzelnen Schritte einer biotechnologischen Verfahrenskette untersucht werden können.

Durch die Kombination mikrofluidischer Systeme mit optischen Technologien werden neuartige, miniaturisierte Analyse- und Diagnostik-Systeme ermöglicht. Vielfältige Anwendungen für medizinisch-diagnostische, biotechnologische oder analytische Fragestellungen können so adressiert werden. Mikrofluidische oder topographische Strukturen in Glas können mit dem am Fraunhofer ILT entwickelten SLE-Verfahren (Selective Laser Etching) in drei Dimensionen erzeugt werden. Zusätzlich ist auch die Generierung von Wellenleitern zur Lichtleitung in drei Raumdimensionen möglich. Anwendungen liegen beispielsweise im Bereich der Partikelanalytik für Biotechnologie und Medizin.

Die Entwicklung von miniaturisierten, an applikationsspezifische Anforderungen angepassten Sonden und Optiken ermöglicht neuartige Messverfahren, mit denen in chemischen oder biotechnologischen Prozessen spektroskopische Informationen erfasst werden können. So können beispielsweise Lichtstreuverfahren zur Ermittlung von Partikelgrößen zwischen einem Nanometer und vielen Mikrometern eingesetzt werden. Neue Entwicklungen machen diese analytischen Verfahren inline-fähig, so dass sie zur Echtzeit-Prozessbeobachtung eingesetzt werden können.

Mit speziellen am Fraunhofer IWS entwickelten Lab-on-Chip-Systemen lassen sich sowohl medizinische Applikationen, wie beispielsweise Organ-on-a-Chip als auch biosystemtechnische Fragestellungen abdecken. Schwerpunkte der Arbeit sind dabei:

  • Entwicklung, Design und Herstellung von Lab-on-a-Chip-Systemen für die In-vitro-Substanztestung

  • Entwicklung von automatisierten Messsystemen für die Bestückung, Überwachung, Versorgung und Analyse von Lab-on-a-Chip-Systemen

  • Entwicklung, Integration und Optimierung von optischen Messtechniken für Lab-on-a-Chip-Systeme

  • Charakterisierung von Analyt-Ligand-Interaktionen mittels Oberflächenplasmonenresonanz (SPR)-Technologie (z. B. Protein-Protein, Antigen-Antikörper, DNA-DNA und RNA-DNA)

Neben den messtechnischen Fragestellungen bieten die Institute darüber hinaus Technologien zur Herstellung und Modifizierung von Bauteilen und Substraten der Biotechnologie. So werden am Fraunhofer IST neuartige Technologien zur Plasmafunktionalisierung mikrofluidischer Systeme entwickelt. Als Mikroplasmen werden Plasmen bezeichnet, die eine räumliche Ausdehnung von bis zu wenigen 10 µm besitzen. Durch die Anwendung von Mikroplasmen ist es möglich, Oberflächen selektiv an die gewünschte Anwendung anzupassen oder sogar die bereits gedeckelten Kanäle mikrofluidischer Bauteile zu beschichten. Neben Änderungen in der Benetzbarkeit, die z. B. im Bereich der Mikrofluidik ausgenutzt werden können, bieten Oberflächen, auf denen gezielt und ortsselektiv chemisch funktionelle Gruppen aufgebracht wurden, eine Grundlage für weitere Kopplungsreaktionen für diagnostische Nachweissysteme.

Ihre Ansprechpartner an den Instituten sind:

Contact Press / Media

Dr. rer. nat. Christoph Janzen

Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT
Steinbachstr. 15
52074 Aachen

Telefon +49 241 8906-8003

Fax +49 241 8906-121

Contact Press / Media

Dr.-Ing. Frank Sonntag

Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS
Winterbergstr. 28
01277 Dresden

Telefon +49 351 83391-3259

Contact Press / Media

Dr. Michael Thomas

Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST
Bienroder Weg 54 e
38108 Braunschweig

Telefon +49 531 2155-525