Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler entwickeln am Institut für Physik der Universität Augsburg sogenannte mikrofluidische Systeme. Am neu gegründeten Lehrstuhl „Technische Biologie“ werden diese für biomedizinische und biotechnologische Zwecke erforscht. Auf den kleinen Chips können etwa Zellkulturen unter kontrollierten Bedingungen wachsen oder auch ganze Labore für die individuelle Diagnostik eingesetzt werden. Der Lehrstuhl von Professorin Janina Bahnemann nutzt dafür computergestützte Design-Software und hochauflösende 3D-Drucker.

Was zunächst aussieht wie eine kleine Kunststoffplatte, etwa so groß wie ein Daumen, beherbergt bereits alle notwendigen Komponenten für die Labordiagnostik. Das Herzstück der mikrofluidischen Systeme bilde dabei ein Netz von Kanälen. Diese Kanäle seien im Durchmesser zwischen 100 bis 500 Mikrometer groß und können Flüssigkeiten wie Zellkulturen oder Blut transportieren und gezielt steuern. „Wir bezeichnen diese Systeme auch als ’Lab on a Chip’ und erforschen ihre Nutzung für medizinische Diagnosen und können sie zur flexiblen Entwicklung von pharmazeutisch relevanten Produkten nutzen“, erklärt Lehrstuhlinhaberin Bahnemann. Ausschlaggebend dafür sei die Möglichkeit, die Systeme individuell zu fertigen und Biosensorik zu integrieren. Bei diesen Biosensoren handle es sich laut Bahnemann um eine biologische Erkennungseinheit, zum Beispiel einen Antikörper, der spezifische Moleküle detektieren kann. Wenn dieser Antikörper nun ein bestimmtes Teilchen im Blut eines Patienten bindet, könne auf diesem Wege eine Diagnose gestellt werden.

Die geringe Größe der Systeme sei dabei ein großer Vorteil, denn der Einsatz von Zellkulturen erfordere teure Nährmedien, in denen die Zellen wachsen können. Da die mikrofluidischen Systeme selbst sehr klein sind, seien nur geringe Mengen an Proben und Flüssigkeiten nötig, was einen effizienten, reproduzierbaren und kostengünstigen Arbeitsablauf ermögliche. Ein weiterer Vorteil ergebe sich laut Bahnemann aus der präzisen Herstellung der Chips im 3D-Drucker: Die Systeme können schnell und flexibel auf verschiedene Anwendungen angepasst werden.

Vor dem Druck werden die Systeme als Modell am Computer erstellt. So ist es möglich, komplexe dreidimensionale Strukturen zu entwickeln. Das Modell wird dann mit hochauflösender Drucktechnologie erstellt, was kleinste, komplexe Kanäle Realität werden lässt. Die gedruckten Kanäle werden mit einem stützenden Wachs gefüllt. Anschließend kommt jedes Bauteil in ein Ultraschallbad, wo das Wachs ausgespült wird – dann ist das mikrofluidische System bereit zum Einsatz, etwa im Bereich der personalisierten Medizin. Denn die kleinen Chips ermöglichen laut Universität eine flexible Herstellung von auf den Patienten zugeschnittenen Medikamenten. (pm)