Mikroelektronische Module zur adaptiven Bakteriensortierung

Die vorliegende Arbeit beschreibt ein neuartiges Konzept zur Sortierung von Bakterienzellen fur bioanalytische und biotechnologische Anwendungen. Das Konzept ermoglicht den Sortierungsprozess von Bakterienzellen hinsichtlich des Stamms und des Vitalzustands markierungsfrei, ohne fachliche Expertise und Notwendigkeit einer Laborumgebung in kurzester Zeit durchzufuhren. Durch einen modularen Aufbau und programmierbaren Funktionsumfang lasst sich das System flexibel den Anforderungen diverser Anwendungsbereiche anpassen. Dafur wurden drei mikroelektronische Module entwickelt und fur einen kombinierten Einsatz optimiert. Ein digitaler mikrofluidischer Transporter wurde als offenes zweidimensionales EWOD-Array (engl. Electrowetting on Dielectrics) realisiert. Uber das Array kann die bakterielle Probe tropfenweise zu einem elektrolytischen Sensor und weiter durch ein elektrokinetisches Filter geleitet werden. Als Sensor der medialen Elektrolytkonzentration wurde ein EGOFET (engl. Electrolyte-Gated Organic Field-Effect Transistor) mittels Dunnschichttechnologien hergestellt und auf Basis von Natriumchloridlosungen validiert. Das elektrokinetische Filter wurde als Dielektrophoresezelle uber dunnschichtbasierte Mikroelektrodenarrays realisiert. Mit den Modellbakterien Escherichia coli und Priestia megaterium wurde gezeigt, dass Bakterienzellen uber die Frequenz des elektrischen Feldes gezielt fixiert bzw. nicht fixiert werden. Uber die Frequenz ermoglicht das Filter eine adaptive Selektion von Bakterienstamm und Vitalzustand. Dazu wurden die Spektren der Kraftwirkung nach Clausius-Mossotti auf die Bakterienzellen aufgenommen. Durch die Messung der elektrolytischen Ionenkonzentration kann eine spektrale Verschiebung der Kraftwirkung durch Variation der elektrolytischen Leitfahigkeit kompensiert und damit eine autonome und zuverlassige Sortierung ermoglicht werden