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Realisierung eines Mikrofluidiksystems für die Biosensorik

 
: Arndt, S.
: Lucklum, R.; Schmidt, B.; Landgraf, R.

Dresden, 2010
Magdeburg, Univ., Dipl.-Arb., 2010
Deutsch
Diplomarbeit
Fraunhofer IPMS ()

Abstract
In der medizinischen Diagnostik basieren die Analysen oftmals auf biosensorischen Messverfahren. Bei der Entwicklung ist die definierte Zuführung der Probenflüssigkeiten zum Sensor mit Hilfe eines Fluidiksystems ein wichtiger Teilaspekt. Kommerziell verfügbare Lösungen sind häufig kaum miniaturisiert und somit schwierig in Systeme integrierbar oder nicht robust für einen Langzeiteinsatz. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Umsetzung und dem Aufbau eines Mikrofluidiksystems zur Anwendung für einen optischen Biosensor. Durch Miniaturisierung wird unter anderem das benötigte Probevolumen reduziert. Das System kann in späteren Anwendungen speziell bei Mikroring-Resonatoren verwendet werden. Die Arbeit beschreibt die Entwicklung einer Elektronik sowie Ansteuerungssoftware, die Fertigung von Flusszellen und die Konzipierung einer Vorrichtung zum Fixieren der Flusszelle. Zudem wird die Umsetzung einer Temperaturmessung der strömenden Flüssigkeit während der Messung vorgestellt. Eine Untersuchung der Pumpe in Hinsicht auf ihre Vibration zeigt, dass Schwingungen bereits mit einer einfachen Dämpfungsmatte vollständig gedämpft werden. Mit Hilfe von Messungen der geförderten Flussrate der Pumpe konnte diese kalibriert werden. In der Arbeit wird nachgewiesen, dass keine bzw. kaum Bindung von Rinderserumalbumin (BSA) an den verwendeten Kontaktmaterialien erfolgt und diese daher für Prozesse mit Proteinen und Salzl ösungen geeignet sind. Weiterhin erfolgt die theoretische Untersuchung der Skalierbarkeit des Systems für die Nanofluidik. Mögliche Veränderungen der Flusszelle und Konzepte für die Integration zusätzlicher Sensoren werden zum Abschluss diskutiert. Mit Fertigstellung der Arbeit liegt ein robustes, miniaturisiertes System vor, welches eine vollständig automatisierte Durchführung einer Biosensormessung ermöglicht.

 

For Medical diagnostics, analysis are often based on biosensory measurement methods. The defined supply of sample fluids to the sensor using a fluidic system is an important aspect in the development. Commercially available solutions are often hard to miniaturize and therefore difficult to integrate into systems or not robust for a long-term use. The present work deals with the implementation and development of a microfluidic system to be used for an optical biosensor. The required sample volume is reduced by miniaturization. The system can be used specifically for microring-resonators in subsequent applications. The present work describes the development of electronics and control software, the production of flow cells and the development of a system to hold the flow cell. In addition, the implementation of a temperature measurement of the flowing liquid is introduced during the measurement. A study of the pump in terms of its vibration shows that vibrations are already damped completely with a simple damping mat. The pump could be calibrated by measurements of the pump flow rate. The paper shows that bovine serum albumin (BSA) doesn't bind on the contact materials. Therefore, the materials are suitable for processes with proteins and salt solutions. Furthermore the theoretical study of the scalability of the system for nanofluidics is effected. Possible changes in the flow cell and concepts for the integration of additional sensors will be discussed at the end. With the completion of the work, a robust, miniaturized system has been implemented, which allows a fully automated implementation of a biosensor.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-151933.html