Innovation

Biochips sind miniaturisierte analytische Bausteine, die tausende Reaktionen gleichzeitig auf einem einzigen Chip im Hochdurchsatz messen können. Um ihren Einsatz auch im Routinelabor zu ermöglichen, müssen technische Rückschläge wie zB. zu geringe Meßempfindlichkeit überwunden werden. Dies soll mit Nanoimprint Lithographie (NIL) zur a) Mikro/Nanostrukturierung der Chipoberfläche, b) Integrierung von mikro-optischen Elementen und c) SEF (surface enhanced fluorescence) Detektion erreicht werden.

Zusammenfassung und Ergebnisse

Biochips erlauben die gleichzeitige Messung von mehr als tausend Reaktionen auf
einem einzigen Chip im Hochdurchsatz und eröffnen damit neue Welten in Bereichen
wie Genomics und Proteomics. Um jedoch Biochips nicht nur im Forschungsalltag,
sondern auch im Routinelaborbetrieb erfolgreich einzusetzen, muss die
Meßempfindlichkeit der Biochips entscheidend verbessert werden. Dies soll mittels
Nanoimprint Lithographie, einer vielversprechenden Druckmethode zur Erzeugung von Nanostrukturen, erreicht werden:

• Chip Mikro/Nanostrukturierung: UV-NIL wird zur Strukturierung von funktionellen Polymeroberflächen eingesetzt, wobei photopolymerisierbare funktionelle Monomere von unterschiedlicher chemischen Zusammensetzung in verschiedenen Mischungsverhältnissen in einer radikalisch ablaufenden Photoreaktion vernetzt werden. Die dadurch erzielte Oberflächenvergrößerung bewirkt Signalverstärkung, weil die Chipoberfläche mit mehr Biomolekülen beladen werden kann.
• Mikro-optische Elemente zur Fluoreszenzfokussierung: Nanoimprint Lithographie ist hervorragend zum Imprinten von Mikrolinsen geeignet, da diese mit geeignetem Polymermaterial in einem einzigen Schritt mit hoher Reproduzierbarkeit und Anordnungsgenauigkeit hergestellt werden können.
• Aufbringen von thiol-modifizierten geordneten Monolagen (SAMs) auf Metallclusterfilmen zur Erzeugung von Plasmonen zur verbesserten Fluoreszenz- Detektion (SEF): in diesem Fall werden funktionelle Thiole mittels μ/nCP auf Metallclusterschichten aufgebracht. Obwohl gewöhnlich Glas- und Plastikoberflächen Einsatz in Biochips finden, sind Metalloberflächen zur Signalverstärkung von Biochips von besonderem Interesse, da in Wechselwirkung mit den Fluoreszenzmarkermolekülen Oberflächenplasmonen erzeugt werden, die eine Verstärkung des Fluoreszenzlichts bewirken.

Die Herausforderung in NILbiochip besteht darin, Nanostrukturen aus Materialien unterschiedlicher Beschaffenheit, Benetzbarkeit und Viskosität in einem Prozeß, der mit der Funktion des Biochips kompatibel ist, reproduzierbar zu erzeugen, und damit entscheidend zu höherer Meßempfindlichkeit von Biochips beizutragen. Die Evaluierung erfolgt anhand eines Proteinchips zum Nachweis von Sepsis.