Kontinuierlich arbeitende Mikrofluidik-Plattform zur Aufreinigung von Biomolekülen

Abstract:
Wir präsentieren eine neue Mikrofluidik-Plattform, die eine kontinuierliche Extraktion und Aufreinigung von Biomolekülen ermöglicht. Sie kann beispielsweise zum Nukleinsäurebasierten Monitoring eines Fermentationsprozesses eingesetzt werden. Die neue Technologie beruht auf dem Einsatz der Magnetophorese in parallel fließenden Laminarströmungen (Phasen Transfer Magnetophorese (PTM)). Durch einen rotierenden Permanentmagneten im Zentrum einer kreisförmigen Kanalstruktur wird ein periodisch variierendes Magnetfeld erzeugt. Es kontrolliert den Transfer der magnetischen Partikel zwischen laminar strömenden Extraktionsmedien, sowie deren Transport entlang des Kanals. Die Partikel transportieren dabei die aufzureinigenden Biomoleküle über die Phasengrenze der unterschiedlichen Extraktionsreagenzien. Alle erforderlichen Arbeitsschritte (Anbinden der Biomoleküle, Waschen und Eluieren) sind auf diese Weise auf einem Chip integriert. Als erste Applikation der PTM Plattform wurde ein Chip zur DNA-Extraktion hergestellt. Um dessen biotechnische Funktionalität und das magnetophoretische Konzept zu untersuchen, wurde bakterielle DNA direkt aus einem Lysat extrahiert. Im Vergleich mit einem makroskopischen Referenzsystem konnten zwischen 60 % und 100 % der DNA aus der Probe extrahiert werden. Die mittere Extraktionszeit lag bei nur ~ 1 Minute. Die Plattform ist als zentrales Element eines Überwachungssystems zur kontinuierlichen Kontrolle des Zellwachstums in Bioreaktoren konzipiert und ermöglicht erstmals die kontinuierliche Probenaufbereitung für eine kontinuierliche Durchfluss-PCR. Darüber hinaus kann die PTM Plattform in Zukunft, je nach Oberflächenmodifikation der magnetischen Partikel, auch für die Aufreinigung von RNA, Proteinen oder Zellen verwendet werden und auf diese Weise in weiteren Anwendungsbereichen, z.B. zur Überwachung der biologischen Sicherheit Einsatz finden.