ST Microelectronics entwickelt Einweg-Labor für die schnelle Diagnose von Infektionskrankheiten
Labor im Chip spürt Krankheiten auf

Durch den Einsatz von Analysetechnik auf einem Mikrochip sollen Krankheiten künftig schneller und leichter erkannt werden als bisher. Dazu hat Europas größter Halbleiterhersteller, ST Microelectronics (ST), jetzt ein Labor-on-Chipsystem entwickelt, das wie eine Art Mini-Labor Bakterien und Viren in nur einer Stunde aufspürt.

MÜNCHEN/DÜSSELDORF. „Mit einer Vielzahl von Partnern werden wir nun Anwendungen dafür entwickeln“, sagt ST-Manager Anton Hofmeister.

Das Plättchen, auf dem sich der Chip befindet, ist nicht größer als eine Streichholzschachtel. Dennoch befindet sich darauf ein komplettes Labor, das die Analyse des Erbguts (DNA) von Bakterien und Viren ermöglicht, die sich im menschlichen Blut oder Speichel befinden. Der Clou an dem neuen System: Die Untersuchung dauert nicht mehr als eine Stunde. Bislang vergehen Tage, ehe das Ergebnis auf der Basis biochemischer Prozesse in Labors feststeht. Zudem ist die neue Analysetechnik, die aus einem PC-großen Gerät zur Aufbereitung der Probe und einem Lesegerät besteht, deutlich kompakter und einfacher zu bedienen und deshalb günstiger als bisherige Verfahren.

Die Neuentwicklung ist hoch komplex, funktioniert jedoch nach einem einfachen Prinzip. Mediziner nehmen ihren Patienten eine Speichel- oder Blutprobe. Diese wird im Labor so aufbereitet, dass die DNA vom Rest der Probe abgetrennt wird. Die gewonnene DNA wird mit Hilfe von Pipetten in den Chip gespritzt und dort vervielfältigt. „Erstmals ist so die so genannte Polymerase Chain Reaction (PCR), bei der die Menge an DNA für die nachfolgende biochemische Analyse vermehrt wird, direkt auf dem Chip möglich“, sagt Hofmeister.

Beim PCR-Prozess wird die zu untersuchende DNA-Probe mit polymerasen Enzymen sowie mit so genannten DNA-Primer (DNA-Abschnitten) gemischt und in zwölf Mikrokanälen auf dem Chip wie in einem Bioreaktor behandelt. Die Platine wird dazu in einen Probenaufbereiter gesteckt, der mit seiner Elektronik den Vorgang steuert. Heizelemente auf dem Siliziumchip und eine Luftkühlung sorgen dafür, dass die für den biochemischen Prozess notwendigen Temperaturwechsel möglich werden. Temperatursensoren auf dem Chip überwachen den Prozess.

Nach mehreren Temperatur-wechsel-Zyklen ist so viel DNA entstanden, dass die Probe analysiert werden kann. Dazu wird sie mit fluoreszierenden Stoffen gemischt und aus den Mikrokanälen in den Auswertebereich des Chips gedrückt. In diesem so genannten Microarray sind DNA-Fängermoleküle der Krankheitserreger enthalten, nach denen gesucht wird. „Mehr als 100 solcher Fängermoleküle können hier aufgetragen sein“, sagt Hofmeister. So ließen sich beispielsweise zur Diagnose einer Blutvergiftung die DNA-Abschnitte alle 20 Bakterien aufbringen, die eine Sepsis hervorrufen können.

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