Ein Mikrofluidik-Chip nimmt eine Wasserprobe auf, fügt die erforderlichen Chemikalien hinzu und transportiert sie zum Nachweisort. Worum geht es dabei? Auf diese Weise soll das Wasser vollautomatisch und mit verschiedenen Parametern und zu möglichst geringen Kosten analysiert werden. Ein weiterentwickelter Chip-Prototyp für Wasseranalysegeräte ist aus dem Projekt MICROCHIP am Fraunhofer-Institut für Mikrotechnik und Mikrosysteme IMM hervorgegangen.
Ob im Wasserwerk, im Labor, im Schwimmbad oder aus dem Wasserhahn - wer hätte nicht gerne eine schnelle und einfache Wasseranalyse zur Hand. Mit dem im Projekt MICROCHIP entwickelten mikrofluidischen Lab-on-a-Chip können Proben aus wenigen Tropfen in kurzer Zeit vollautomatisch analysiert werden. Dadurch, dass auch ungeschultes Personal in der Lage ist, sechs für die Wasseranalytik relevante Parameter parallel mit einem kostengünstigen Messgerät zu erfassen, werden zusätzlich Zeit und Kosten gespart. Außerdem werden bei dieser Methodik Anwenderfehler ausgeschlossen. Reagenzien können nicht verwechselt werden und die für die Methode geeignete Wassermenge wird durch den Chip eingestellt.
Spiegelung statt Transparenz
Der Chip erreicht eine hohe Messgenauigkeit. Möglich wird dies unter anderem durch eine vergrößerte Weglänge und ein angepasstes Design, das den Chip kompakt hält. Statt einer ursprünglich geplanten Transmissionslösung haben sich die Projektpartner für eine sogenannte Spiegellösung entschieden. Das Re-Design der Hardware mit verschiedenfarbigen LEDs ermöglicht letztlich die Analytik für das photometrische Messverfahren, bei dem farbige Wasserproben ausgewertet werden.
Scheckkartenformat vollgepackt mit Technik
Der Chip erreicht schließlich etwa die Größe einer Kreditkarte, kombiniert mit viel Technik wie einer Elektronikplatine mit photometrischen Sensoren, Ultraschallmischern, Druckbehältern sowie einem peristaltischen Pumpeneinsatz für den Chip samt Druckmechanismus, der in dem kleinen Gehäuse untergebracht werden musste. Im Vergleich zu bisherigen Lösungen ist diese wesentlich kostengünstiger. Die Projektpartner zeigen, dass es möglich ist, Multiparameter-Wasseranalysen in einem Polymerchip durchzuführen. Sie verzichten dabei auf komplexe und teure Technologien wie Blister- und Gefriertrocknung. Stattdessen trocknen sie die Reagenzien direkt in Kammern des Chips. Eine einfache Peristaltikpumpe leitet die Messflüssigkeit durch den Chip. So messen die Sensoren die durch die Reagenzien gefärbte Flüssigkeit in der gleichen Messkammer wie die zuvor farblose Referenzprobe. Der Chip wird im Spritzgussverfahren hergestellt. Damit der Chip auch nach außen druckdicht ist, werden die Kanäle in einer schwarzen Oberschale und einer transparenten Unterschale mit einem Laserstrahlverfahren zusammengeschweißt.
Bisherige vergleichbare Systeme zur automatisierten Wasseranalyse nach Zugabe der Wasserprobe in Polymerchips sind entweder zu sperrig oder analysieren weniger Parameter parallel. Der im Rahmen des Konsortiums entwickelte und umgesetzte Demonstrator ist noch nicht reif für die Massenproduktion. Die Ergebnisse der Entwicklung und der Tests werden jedoch bereits von einem der Projektpartner, der Water-i.d. GmbH, für die Produktion weiterer Wasseranalysegeräte und Reagenzien genutzt.
Weitere Informationen finden Sie unter: Bisherige vergleichbare Systeme zur automatisierten Wasseranalyse nach Zugabe der Wasserprobe in Polymerchips sind entweder zu sperrig oder analysieren weniger Parameter parallel. Der im Rahmen des Konsortiums entwickelte und umgesetzte Demonstrator ist noch nicht reif für die Massenproduktion. Die Ergebnisse der Entwicklung und der Tests werden jedoch bereits von einem der Projektpartner, der Water-i.d. GmbH, für die Produktion weiterer Wasseranalysegeräte und Reagenzien genutzt.
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