Entwicklung alternativer Methoden zur Nukleotid- Analytik in der ...

1. Einleitung 18
Analysendauer verkürzt, die benötigte Fluidmenge deutlich herabgesetzt, was zu
einem geringen Probenbedarf sowie einem niedrigen Reagenzienverbrauch und
letztendlich - bei der Verwendung organischer Lösungsmittel - zu einer Verringerung
der Abfallmenge führt. In großen Stückzahlen lassen sich die Mikrosysteme durch
die Herstellung im Batch-Prozeß relativ preiswert fertigen (Büttgenbach, 1991).
Im Bereich der Biochemie und analytischen Chemie wurden mit mikrofluiden
Systemen bereits Trennungen über Kapillarelektrophorese (Harrison et al., 1993),
DNA-Sequenzierungen (Goffeau, 1997), Polymerase-Kettenreaktion (PCR) (Kopp et
al., 1998), Synthese und Charakterisierung von Peptid- und Oligonukleotid-
Bibliotheken (Fodor et al., 1993) und die Isolierung und Untersuchung einzelner
biologischer Zellen beispielsweise zum Auffinden pharmazeutischer Wirkstoffe,
durchgeführt (Fromherz et al., 1991; Cheng et al., 1998; Müller et al., 1999).
1.6.1 Miniaturisierte totale Analysesysteme (µTAS)
In der chemischen Analytik wird die Bestimmung einer Meßgröße in der Regel in
die Einzelschritte Probenahme, Probentransport, Probenvorbereitung, Trennung/
chemische Reaktion, Detektion und Datenverarbeitung unterteilt. Das Ziel eines
totalen Analysesystems (TAS) ist es, daß alle zuvor beschriebenen Teilschritte in
diesem Gerät integriert sind. Seit Beginn der 90er Jahre wurden zwei Konzepte zur
Verwirklichung eines µTAS verfolgt (Harrison und van den Berg, 1998), wobei sich
das erste im wesentlichen mit grundlegenden Entwicklungsarbeiten zu Mikropumpen
und –ventilen beschäftigte, die dann zu einem analytischen Mikrosystem kombiniert
wurden. Der alternative zweite Ansatz basierte auf einem einfachen Netzwerk sich
kreuzender mikro-Fließkanäle, die in Silizium oder Glas geätzt und in denen Flüssigkeiten
über elektroosmotische Effekte transportiert wurden. Aufgrund der negativen
Oberflächenladung der Glaskapillaren kommt es zu einer Wechselwirkung mit den
Pufferkationen, die dazu führt, daß bei Anlegen eines äußeren elektrischen Feldes,
die gesamte Flüssigkeit in eine Richtung bewegt wird (Kap. 2.2.8.2). Da die Elektroosmose
auch eine Richtungskontrolle des Flusses an den Schnittpunkten im
Kapillarsystem ermöglicht, ist die Integration mechanischer Komponenten wie
Pumpen oder Ventile nicht notwendig. Mit Hilfe des Herstellungsverfahrens lassen
sich Elemente wie Misch- und Reaktionskammern, Fritten und Fließwiderstände in