Lab-on-Chips sollen nach Anzeichen von Leben im All suchen
Lab-on-a-Chip-Technologie ermöglicht es, biochemische Assays, die zuvor mit großen Laborgeräten durchgeführt wurden, auf einer kleinen Glasplatte mit Ventilen und Kanälen, die als mikrofluidische Kapillaren bezeichnet werden, durchzuführen. Proben und Reagenzien werden mithilfe von auf dem Chip eingebetteten elektrischen Schaltungen gemischt, getrennt und gesteuert. Die derzeit kommerziell verfügbaren Geräte sind nicht für Forschungen im Weltraum ausgelegt. Das Projekt PBSA (Photonic biosensor for space application) entwickelte eine Reihe von Chips zusammen mit einer miniaturisierten Steuer- und Analyseneinheit, die sich für die Suche nach Leben im Weltraum eignen. Diese Vorrichtungen ermöglichen das Testen von Genen und DNA, die für die Bestimmung der Eigenschaften eines bestimmten Organismus verantwortlich sind. Die Chips wurden mit der gleichen Mikroherstellungstechnik hergestellt, die für das Drucken von Schaltungen auf Computerchips verwendet wird: photonische Integration. Die photonisch integrierten Schaltungen, die einzelne Komponenten zusammengebracht hat - darunter optische Schalter und Array-Wellenleiter-Gitter - ermöglichte eine enorme Miniaturisierung, die zu niedrigeren Kosten und höherer Effizienz führte. Zu diesem Zweck verfeinerten die PBSA-Partner den Herstellungsprozess für die Bausteine von Lab-on-Chips. In den neuen Geräten entwickelten sie ein Netzwerk von Kanälen mit mehreren Reaktions- und Detektionskammern, um gleichzeitig verschiedene molekulare Biomarker zu testen. Mikrofluidik-Funktionselemente wurden mit Reagenzien wie Detektionsantikörpern und Analytmolekülen integriert. Der erste Prototyp mit einem Gewicht von etwas über einem Kilogramm und mit Maßen von unter 13x13x15 cm wurde dann getestet. Um seinen Weg in den Weltraum zu finden, musste dieses einzigartige Gerät beweisen, dass es extremen Strahlungen und Temperaturen standhalten kann, mit wenig Strom auskommt und empfindliche Analysen schnell und mit minimalem Benutzereingriff und wenig Wartungsaufwand durchführen kann. Bis heute basierten Instrumente für den Nachweis von Biomarkern im Weltraum auf der Analyse flüchtiger Verbindungen nach dem Erhitzen oder der Pyrolyse von Proben. Die PBSA-Technologie ist extrem empfindlich und kann nichtflüchtige Biomarker bei minimalem Verbrauch der Reagenzien nahezu in Echtzeit erkennen. Auch wenn es für die ExoMars-Mission der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) gedacht war, könnte sich das PBSA-Gerät auch für den Kampf gegen Bioterrorismus und die Umweltüberwachung als nützlich erweisen. Mit dem Fortschreiten der Lab-on-Chip-Technologie könnte das gleichzeitige Testen auf mehrere Biomarker hin den Nachweis von Krankheitserregern in Arbeitsumgebungen und im industriellen Umfeld verbessern.
Schlüsselbegriffe
Lab-on-Chip, Lebenszeichen, mikrofluidische Kapillaren, PBSA, Integrierte Optik, ExoMars
