Fraunhofer-Institut für Mikrotechnik und Mikrosysteme IMMDissertation Dongzhe He
Mikrofluidische Systeme zum Nachweis von Mikroorganismen vor Ort
Wir gratulieren Dongzhe He ganz herzlich zur erfolgreichen Verteidigung seiner Dissertation im Bereich mikrofluidischer Systeme. Dongzhe He konzentriert sich in seiner Arbeit auf Nachweis von Mikroorganismen vor Ort und der Entwicklung einer multifunktionalen bioanalytischen Kartusche.
Dongzhe He ist wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Gruppe „Bioanalytik für industrielle Medien“ des Geschäftsbereichs Bioanalytik & Diagnostik am Fraunhofer IMM. Die Verteidigung seiner Dissertation zum Thema „Microfluidic Systems for On-Site Detection of Microorganisms” fand am 16. Juni 2026 an der Johannes Gutenberg-Universität Mainz statt.
Wir wünschen Dongzhe He viel Erfolg bei seinem weiteren beruflichen wie auch privatem Weg.
Abstract
Herkömmliche Nachweisverfahren für wassergetragene Krankheitserreger sind manuell und zeitaufwendig. Eine lange Analysedauer könnte dazu führen, dass der optimale Zeitpunkt für Maßnahmen zur Verminderung von Infektionsausbrüchen verpasst wird. Diese Studie zielt darauf ab, die manuellen Nachweisverfahren für wassergetragene Pathogene mithilfe von Mikrofluidik-Technologien zu automatisieren.
Diese Arbeit umfasst die Optimierung eines vom Fraunhofer IMM entwickelten Probenkonzentrationsmoduls sowie die Entwicklung einer multifunktionalen bioanalytischen Kartusche. Beide Systeme werden unter Verwendung von Legionella-Bakterien evaluiert, die häufig in künstlichen Wassersystemen nachgewiesen werden.
Das optimierte Konzentrationsmodul ermöglicht eine vollautomatische Konzentration großer Probenvolumina (z. B. 1 L) auf 100–200 µL innerhalb von 10 Minuten. Die Wiederfindungsrate für Legionella liegt bei Konzentrationen über 10⁴ KBE/L bei nahezu 100%, sinkt jedoch bei niedrigeren Konzentrationen signifikant ab und wird inkonsistent.
Die multifunktionale bioanalytische Kartusche wurde auf Basis einer am Fraunhofer IMM entwickelten Kartusche für die quantitative Polymerase-Kettenreaktion (qPCR) entworfen. In die PCR-Kartusche sind Zelllyse, Extraktion des Reaktionsvolumens, vorgelagerte PCR-Reagenzien sowie die Homogenisierung der PCR-Mischung mit anschließender qPCR integriert.
Die Kartusche ist innovativ, da sie vollautomatisiert ist und nur wenige Reagenzien und Materialien benötigt. Die Funktionalität der Kar-tusche wurde nachgewiesen, während die qPCR-Leistung für Legionella derzeit noch durch suboptimal abgestimmte PCR-Reagenzien eingeschränkt ist. Die multifunktionale Kartusche kann mit dem Probenkonzentrationsmodul gekoppelt werden, um das Nachweisverfahren vollständig zu automatisieren.