Entwicklung eines Fluoreszenzdetektors f\u00fcr Mikrochip-basierte chemische Prozesse<\/p>\n
Das “Chemielabor auf dem Mikrochip”: Im Laufe der letzten Jahre wurden einige der g\u00e4ngigsten analytischen Techniken, wie beispielsweise die Fl\u00fcssigchromatographie (HPLC) oder die Kapillarelektrophorese (CE) miniaturisiert, um diese in so genannte \u00b5-TAS (engl. micro total analysis system) oder auch lab-on-a-chip-Systeme einzubetten. Hierbei lassen sich durch die Integration mehrerer Einheiten auf einem einzelnen Mikrochip die verschiedensten Operationen, wie z.B. die Durchf\u00fchrung von chemischen Reaktionen mit einer anschlie\u00dfenden Analyse der entstandenen Reaktionsprodukte in einem einzelnen Arbeitsschritt durchf\u00fchren. \u00c4hnlich der rasanten Entwicklung in der Mikroelektronik, beinhaltet die Vision eines lab-on-a-chip-Systems als hoch miniaturisiertes Chemielabor der Zukunft, die Integration s\u00e4mtlicher Arbeitsschritte eines Synthese- und Analysenlabors. Hierzu z\u00e4hlen beispielsweise die Probenvorbereitung, Derivatisierungsreaktionen und die Auftrennung und Detektion der einzelnen Komponenten in einem einzelnen Mikrochip. Die Motivation zur fortschreitenden Miniaturisierung solcher Verfahren ist, neben der Verringerung der Ger\u00e4tedimensionen, die zumeist verbesserte Leistungsf\u00e4higkeit, sowie die erh\u00f6hte Trenneffizienz dieser mikrofluiden Systeme.Bedingt durch die geringen Dimensionen der Reaktions- und Separationskan\u00e4le, sowie der M\u00f6glichkeit sehr hohe elektrische Feldst\u00e4rken anzulegen, ist es m\u00f6glich minimale Probenzonen zu dosieren und eine \u00e4u\u00dferst schnelle elektrophoretische Trennung der Reaktionsprodukte zu realisieren. Weitere essentielle Vorteile der miniaturisierten Systeme liegen im besonders geringen Verbrauch an L\u00f6sungsmitteln, wodurch auch die Analysenkosten und die Umweltbelastung minimiert werden. Die Mikrochip-Technologie erm\u00f6glicht ein beliebiges Chip-Layout ohne zus\u00e4tzliche Totvolumina, so dass es m\u00f6glich ist, chemische Reaktionen ohne Effizienzverlust auf dem Chip zu integrieren. Ein weiterer besonders interessanter Ansatz besteht in der M\u00f6glichkeit viele identische Reaktoren und Trennkan\u00e4le auf einem einzigen Chip in einem so genannten Array-System parallel anzuordnen und somit einen hohen Probendurchsatz zu erzielen. Hierdurch, und durch die M\u00f6glichkeiten zur Entwicklung kleiner, portabler, hoch integrierter Analysensysteme liegen weitere potentielle Anwendungen Mikrochipbasierter Systeme in der mobilen Vor-Ort-Analytik und dem Hochdurchsatzscreening in der Prozessanalytik. Motivation: Ziel dieser Promotion ist es, ein neuartiges Analysensystem zu entwickeln, bei dem die Trennung chemischer Substanzen mittels Kapillarelektrophorese auf einem Mikrofluidchip vorgenommen wird. Die Detektion der einzelnen Verbindungen soll hierbei durch wellenl\u00e4ngenaufgel\u00f6ste, laserinduzierte Fluoreszenz erfolgen. Im weiteren Verlauf des Projektes soll die Leistungsf\u00e4higkeit des entwickelten Systems charakterisiert und die analytischen Kenndaten ermittelt werden. Dar\u00fcber hinaus sollen Methoden zur Analyse umweltrelevanter Verbindungen entwickelt und validiert werden. Ergebnisse: Im ersten Teilbereich der Dissertation wurde ein System zur Durchf\u00fchrung mikrochipbasierter Reaktionen auf Basis eines inversen Fluoreszenzmikroskops mit einer Anregung durch eine Xe-Bogenlampe und einer Detektion mittels eines Photomultipliers aufgebaut. Anschlie\u00dfend konnten als “proof of principle” in miniaturisierten Chipreaktoren enzymkatalysierte Spaltungen von Tripeptiden durchgef\u00fchrt werden, die bei Inhibierungs-Assays eingesetzt werden, um den Einsatz von Proteinen aus Schlangengiften als m\u00f6gliche pharmakologisch aktive Substanzen zu \u00fcberpr\u00fcfen.In den weiteren Arbeiten wurde ein Laborprototyp zur wellenl\u00e4ngenaufgel\u00f6sten Fluoreszenzdetektion entwickelt und aufgebaut. Es wurde eine Hochspannungsquelle konstruiert, die alle technischen Anforderungen f\u00fcr die Mikrochipelektrophorese (MCE) erf\u00fcllt. Mit dieser neuartigen Hochspannungsquelle k\u00f6nnen auf vier Kan\u00e4len Hochspannungen von bis zu 6 kV mit Stromst\u00e4rken von bis zu 1 mA generiert werden. Die Spannungsquelle ist modular aufgebaut und ist aufgrund ihrer sehr geringen Leistungsaufnahme f\u00fcr den netzunabh\u00e4ngigen Betrieb konzipiert. Die Quelle zur Anregung der Fluoreszenz wurde miniaturisiert. Hierbei wurde die bislang verwendete Xe-Bogenlampe durch einen kompakten DPSS-Laser ersetzt. F\u00fcr die wellenl\u00e4ngenaufgel\u00f6ste Detektion wurde ein hochempfindliches Miniaturspektrometer angekoppelt.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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