Fraunhofer-Institut für Angewandte Informationstechnik FIT
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EWOD-BioPro

Zeitaufgelöste Messungen in einem Electrowetting-On-Dielectric (EWOD) System mit konfokaler Mikroskopie

© Fraunhofer FIT
Sequenz einer Tropfenbewegung aus einem Reservoir über ein Elektroden-Array zum Detektionspunkt und zurück. Das Tropfenvolumen beträgt ca. 150 nl.
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Schematische Darstellung der Funktionsweise des EWOD-BioPro.
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Halterung mit EWOD-Chip und Anschlüssen für die Ansteuerung.

Das EWOD-BioPro Electrowetting-On-Dielectric System erlaubt den Transport und die Manipulation von kleinsten Flüssigkeitsvolumina (ca. 150 nl). Es können sogenannte mikrofluidische Standardoperationen an einzelnen Tropfen vorgenommen werden. Dies umfasst

  • den Tropfentransport,
  • das symmetrische Teilen eines Tropfens in zwei kleine Tropfen,
  • das Zusammenführen und Vereinigen von zwei Tropfen zu einem Tropfen
  • sowie Herauslösen von einem Tropfen aus einem größeren Flüssigkeitsreservoir.

Mit diesen Grundoperationen können Tropfen gezielt manipuliert werden. Zusammen mit vorhandenen Techniken zur Einzelmoleküldetektion (Toposcan-Plattform) sind sind somit zeitaufgelöste Messungen von Molekülinteraktionen auf Einzelmolekülebene möglich.

Das EWOD-BioPro Electrowetting-On-Dielectric System kann dazu beitragen, das Verständnis in biologischen Mechanismen und Interaktionen erheblich zu vertiefen. Die Identifizierung neuer Wirkstoffkandidaten und die Entwicklung neuer Therapeutika werden mit dem System erleichtert.

Anwendungsgebiete

  • Point-of-Care Diagnostik
    • Untersuchung von Blutproben, Urinproben etc. mittels enzymatischer Assays
    • Anwendungen bei DNA-Untersuchungen, biologische Sonden, Biomarker
  • Parallelisierung und Miniaturisierung von Laboranalysen
    • Reduzierung des Chemikalien- und Probenverbrauchs
    • Beschleunigung der Untersuchungen
  • Grundlagenforschung
    • Verständnis von biologischen Interaktionen (Medikament- Zielstruktur-Interaktionen)

Die oben genannten Systeme sind wesentlich von einer Kombination des Electrowettings mit geeigneten Detektionsverfahren (etwa Toposcan-Plattform, IMIKRID) abhängig.

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Fluoreszenzsignal einer gefärbten DNA-Lösung, die mittels EWOD-BioPro mehrmals zu einem Detektionsspot bewegt wurde.

Der Proof-of-Concept, also die Kombination der  EWOD-Unit mit einem konfokalen Mikroskop, wurde durch die Verschmelzung von zwei Tröpfchen und die Messung der Fluoreszenzzunahme durch Moleküldiffusion von einem Tröpfchen zum anderen belegt. Zusätzlich wurde ein kleines Tröpfchen der DNA-Lösung in den Nachweisfleck des Mikroskops hinein und wieder heraus bewegt. Die gemessenen Intensitätsverläufe sind von Peak zu Peak reproduzierbar. Dies zeigt die gute Eignung des kombinierten Systems für weitere Molekül-Interaktionsmessungen an.

Weitere Experimente sind geplant, um die Wechselwirkung von Biomolekülen zu untersuchen.

Weitere Details zum System finden Sie in der unten verlinkten Publikation.