Mikrofluidische Analysesysteme

Mikrofluidische Kartusche für Infektionsdignostik
© Foto Fraunhofer ICT-IMM

Mikrofluidische Kartusche für Infektionsdignostik

Betreibergerät für mikrofluidische Vor-Ort Diagnostik
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Betreibergerät für mikrofluidische Vor-Ort Diagnostik

Exzellenz in der mikrofluidischen Systementwicklung

Als einer der Pioniere der Mikrofluidik entwickeln wir seit über 20 Jahren vollintegrierte und automatisierte mikrofluidische Systeme. Unser interdisziplinäres Team aus Ingenieuren, Physikern, Biologen und Chemikern bietet für unsere Kunden einen einzigartigen Zugang zur vollständigen Technologiekette. Unsere Wissenschaftler verstehen ihre Anwendung und erarbeiten mit unseren Ingenieuren und Technologen maßgeschneiderte Systemlösungen für Sie. Gemeinsam durchleuchten wir die Umsetzungsvarianten und identifizieren die technologischen Hürden. Dabei berücksichtigen wir von vorneherein die Handhabbarkeit in der späteren Nutzung und die Kompatibilität mit einschlägigen Fertigungsmethoden. Mit unseren umfassenden fertigungstechnischen Möglichkeiten setzten wir die Systemlösungen direkt um und ermöglichen die Erprobung unter Realbedingungen.

Mikrofluidische Systeme und ihre Anwendung

Unter einem mikrofluidischen System verstehen wir in der Regel die Kombination aus mikrofluidischen Ein- oder Mehrwegkomponenten sowie dem zugehörigen Betreibergerät. Oftmals wird das mikrofluidische Bauteil als massenfertigungskompatible Einweg-Kunststoffkartusche realisiert.

 

Die wichtigsten Anwendungsgebiete für mikrofluidischen Systeme sind:

  • Medizinische Diagnostik
  • Umweltüberwachung
  • Lebensmittelsicherheit
  • Schutz vor biologischen Bedrohungen
  • Industrielle Prozesskontrolle

Unser Leistungsspektrum – der mikrofluidische Baukasten

Zur erfolgreichen Umsetzung ihrer Anwendungsidee in einem mikrofluidischen System sind disziplinübergreifende technologische Fähigkeiten erforderlich. Wir haben uns einen vollständigen mikrofluidischen Baukasten erarbeitet, der folgende wesentliche Bausteine und Entwicklungsschritte umfasst:

  • Analyse und Verständnis der Aufgabenstellung aus biologischer, chemischer und physikalischer Sicht.
  • Übersetzung in einen „mikrofluidischen Schaltplan“ für die Kartusche auf Basis unserer umfangreichen Modulpalette z.B. unter Einsatz eines Probennahme-Interfaces, einer integrierten Probenaufbereitung und (berührungsloser) Sensorik.
  • Auslegung des Systems mittels numerischer Simulation und Konstruktion mittels 3D-CAD
  • Fertigung und Aufbau der mikrofluidischen Kartusche mit massenfertigungstauglichen Methoden (Spritzguss, Laserschweißen, Pick-and-Place, Ultraschallschweißen, Lyophilisation von Reagenzien, etc.)
  • Entwicklung, Konstruktion und Fertigung des zugehörigen, dedizierten Gerätes zum vollautomatischen Betrieb der Kartusche.
  • Biologische, chemische und elektro-mechanische Validierung des Gesamtsystems

 

Prozessautomatisierung und mikrofluidischer Baukasten für die Systementwicklung

PCR-Chip
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Mikrofluidischer Chip für PCR

Die Abteilung „Mikrofluidik und Analytik“ entwickelt innovative physikalisch-chemische Messmethoden, automatisierte und optimierte Arbeitsabläufe sowie Assays für Analytik- und Life Science-Applikationen. Diese Prozesse und Technologien können in automatisierte Labormesstechnik, Qualitätskontrollen für Produktionsabläufe sowie miniaturisierte und portable Systemlösungen für vor-Ort Anwendungen (Point-of-Need) umgesetzt werden.
 
Der Einsatz unserer Technologien und Knowhows eröffnet für unsere Kunden eine Vielzahl von Vorteilen im Vergleich zu Standardanalysen. Ausgehend von Ihrem individuellen Bedarf entwickeln wir für Sie maßgeschneiderte Lösungen, die weit über den Stand der Technik hinausgehen. Die Vorteile unserer automatisierten Systemlösungen bestehen in der erhöhten Reproduzierbarkeit durch die Eliminierung von Anwendungsfehlern, der Vergrößerung des Durchsatzes durch schnellere Messungen sowie der Erschließung von bisher nicht durchführbaren Messungen (vor-Ort oder inline) sowie einer integrierten Datenauswertung und -übermittlung. Auf Basis eines „mikrofluidischen Baukastens“ können wir in kurzer Zeit eine Anwendungsidee bis zum Funktionsnachweis führen und/oder voll funktionstüchtige Demonstratoren bis hin zur Nullserie aufbauen. Dabei ist die Kompatibilität mit Massenfertigungs- und Montageverfahren zur Minimierung der Herstellungskosten entscheidend für die spätere Marktgängigkeit.
 
Durch unsere Kenntnis der nötigen Regularien (bspw. IVD-, CE-, Maschinenrichtlinie), die Verfügbarkeit der wesentlichen Fertigungsmethoden am Fraunhofer ICT-IMM sowie von hervorragend ausgestatteten Anwendungslaboren (darunter ein S1-Biolabor) ist sichergestellt, dass alle Arbeiten von vorneherein die spätere Umsetzbarkeit berücksichtigen. Wir haben bereits Lösungen für Anwendungsgebiete im Bereich der Ölanalytik, der Probenaufarbeitung in der Diagnostik, dem Zellhandling und der Zellzählung, der Detektion von zirkulierenden Tumorzellen, sowie Pathogen- und Toxinnachweise entwickelt.
 
Mit dem ICT-IMM steht Ihnen eine exzellente Forschungs- und Entwicklungseinrichtung zur Verfügung. Unser interdisziplinäres Team mit einzigartiger Expertise in der mikrofluidischen Systementwicklung sowie unser umfangreiches Fertigungs-Knowhow garantieren die effiziente Entwicklung und Validierung unserer mikrofluidischen Analysesysteme.

System

Smart-Platinen
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  • Konzeptentwicklung
    fluidischer Ablauf, physikalische, biologische & chemische Methoden
  • Demonstrator- / Prototypenbau
    vollständige Automatisierung, kompatibel mit Massenfertigung
  • Validierung
    Realproben, Realbedingungen

Kartusche / fluidischer Chip

Chip-Fräsen
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  • Assayentwicklung- / Anpassung
  • fluidischer Schaltplan und 3D-Design
    Kanäle, Ventile, Kammern, Mischer, Membranen, Pumpen
  • Simulation
    fluidisch, thermisch, biochemisch
  • Sensorik für Messung und Prozesskontrolle
    optisch, elektrisch, chemisch, magnetisch
  • Reagenzienlagerung
    fest, flüssig
  • Rapid Prototyping / Funktionsmuster
    Mikrofräsen, Spritzguss, Bonden, Gefriertrockung, Komponenten-integration

 

Gerät

Gerät zur Rohöluntersuchung
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  • Konzept, CAD, Konstruktion
  • Aktorik
    Ventile, Pneumatik, Pumpen
  • Elektronikentwicklung
    Sensorik, Steuerung
  • Optikentwicklung
    Sensorik, Steuerung
  • Fertigung und Aufbau