Simulation und Charakterisierung von Mikrofluidiksystemen zur mäanderförmigen Strömungsführung in Lab-on-a-Chip-Systemen

Neue Detektionsverfahren in Lab-on-a-Chip-Systeme setzen beispielsweise im Rahmen der Oberflächen-Plasmonenresonanz (SPR) auf labelfreie, meist massesensitive Nachweisverfahren. In der vorliegenden Arbeit wurde ein optimales Mikrofluidikdesign mit mäanderförmiger Strömungsführung für verschiedene Analyseaufgaben entwickelt. Im Mittelpunkt steht dabei das Simulationssystem SVFS, das zwei Betriebsarten unterstützt, den Verteilungsmodus zur Ermittlung der Ligandenaufenthaltsverteilung und den Adsorptionsmodus zur Charakterisierung der Ligandenbindung. Als Ergebnis werden Anzahl, Position und Bindungszeitpunkt der detektierten Liganden ausgegeben. Speziell für die fehlerfreie Funktion eines SPR- Sensors wurde ein Mikrofluidiksystem zur Verlängerung der Verweilzeit durch mäanderförmige Strömung konzipiert. Durch Integration definierter Strömungswiderstände wird die Strömung in Längsrichtung über die Messfläche geführt. Durch diese Verlängerung der Verweilzeit wird die Zahl der den Detektionsbereich passierenden Liganden erhöht. Es zeigte sich, dass die beste Detektorposition unterhalb der Strömungswiderstände liegt. Der größte Teil der Strömungspfadlinien folgt dem durch die Widerstände vorgegebenen Mäander. Die Erprobung des Simulationssystems erfolgte durch Optimierung der Mikrofluidik eines Lab-on-a-Chip-Systems zum Nachweis diagnostisch relevanter Proteine in der Point-of-Care und Tumordiagnostik. Erste Versuche mit im Rapid Prototyping durch Excimerlaserablation aus PDMS gefertigten Flusszellen bestätigen die in der Simulation gewonnenen Erkenntnisse.