Mikrofluidanordnungen für die Charakterisierung enzymatischer Reaktionen durch thermoelektrische Transduktion von Reaktionswärmen

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Die enorm steigenden Anforderungen an eine schnelle Diagnostik kleiner Probemengen (Screening von High-Tech-Materialien) zwingen zu gerätetechnischen Lösungen mit minimalem Material- und Reagenzieneinsatz. Aber auch die Anforderung hoher Flexibilität an Vor-Ort-Analytik und Prozeßüberwachung erzeugt einen Bedarf an miniaturisierten Meß- und Detektionssystemen. Für die Entwicklung miniaturisierter, maßgeblich mit mikrosystemtechnischen Komponenten ausgestatteter Detektionssysteme ist die interdisziplinäre Zusammenarbeit von Chip-Entwickler, Mikrosystemtechnikern und Physikochemikern unabdingbar. Mit dem Forschungsvorhaben sollen erstmalig Lösungsmöglichkeiten für die Einbeziehung des kalorimetrischen Detektionsprinzips in Mikrofluidsysteme zum Monitoring enzymkatalysierter Reaktionen aufgezeigt und anhand ausgewählter Applikationen deren praktische Relevanz nachgewiesen werden. Aufbauend auf den positiven Ergebnissen der ersten Förderphase werden die ausgearbeiteten Design-Konzepte für mikrofluidkalorimetrische Durchflußsensoren weiter optimiert. Dabei stehen Arbeiten zur Verbesserung der Mischungseffizienz in den Chip-Sensoren und zur mechanischen und chemischen Stabilisierung der im Chip als wesentliche Komponente realisierten Dünnschichtmembran im Vordergrund. Ein weiterer wesentlicher Schritt wird die Integration der mikrofluidkalorimetrischen Durchflußsensoren in eine komplett miniaturisierte Systemumgebung sein. Dazu notwendig sind Arbeiten zur Optimierung des dynamischen Verhaltens des Detektionssystems. Der Aufbau miniaturisierter Detektionssysteme wird dann die Voraussetzung dafür sein, effektiv und praxisnah ausgewählte Applikationen für den Test und die Optimierung der Systeme bearbeiten zu können. Eine Anwendung derartiger Systeme für eine Multisubstratanalyse mittels enzymkatalysierter Erkennungsreaktionen (sequenzielle Fließinjektionsanalyse) erfordert die Optimierung besonders in Richtung maximaler Empfindlichkeit. Für die Schnelldiagnostik z. B. von Enzyminhibitoren ist dagegen die Maximierung des Probendurchsatzes Zielfunktion der Optimierung. Bei ausreichend gesteigerter Mischungseffizienz der Durchflußsensoren sollen auch kinetische Untersuchungen an enzymkatalysierten Reaktionen (u. a. quantitative Aktivitätsbestimmungen) ermöglicht werden.