Amplifikation
Die Vervielfältigung von Nukleinsäuren zählt zu den wichtigsten Methoden der modernen Molekularbiologie. Derartige Amplifikationen können beispielsweise durch Zusammenspiel von DNA- und RNA-Polymerasen (Nucleic Acid Sequence Based Amplification; NASBA), durch Polymerisation und Strang-Verdrängung (rolling circle amplification; RCA) oder mit Hilfe von Ligasen (Ligase Chain Reaction; LCR) erzielt werden. Aufgrund ihrer hohen Spezifität und Sensitivität in Kombination mit großer Flexibilität ist die Polymerasen-Ketten-Reaktion (PCR) bisher die meistgenutzte Amplifikationsmethode. Sie benötigt jedoch im Gegensatz zu isothermalen Amplifikationsmethoden die exakte Einhaltung eines zwei- bzw. dreistufigen Temperaturprofils. Die Konzepte, diese Techniken in integrierte mikrofluidische Systeme zu implementieren, sind dementsprechend vielfältig.
- Bild oben: Polymerchip mit Mäanderkanal, in dem der Plug hin und her transportiert wird, über drei Heizzonen,
Bild unten: Aufnahme der Heizzonen mit einer Wärmebildkamera
3-Zonen-PCR
Bei diesem Konzept für eine schnelle PCR werden mehrere Zonen mit konstanten Temperaturen vorgehalten. Die Reaktionslösungen bewegen sich zwischen den Temperaturzonen hin und her, wodurch eine sehr schnelle Temperaturübertragung auf die gesamte Flüssigkeitsmenge gewährleistet wird.
- Testpolymerchip (rechts oben), bei dem PCR-Lösungen in drei Kammern amplifiziert werden, im Heizblock eines konventionellen PCR-Geräts (links oben) und das positive Ergebnis einer PCR aus diesem Chip (unten).
1-Kammer-PCR
Im Gegensatz zum 3-Zonen-Konzept kann die PCR auch wie in konventionellen Cyclern in einer Kammer durchgeführt werden. Die Kammer muss dabei möglichst flach sein, um eine gleichmäßige Temperaturverteilung und ein schnelles Aufheizen und Abkühlen zu ermöglichen.
- Multiplexing: Jeder Tropfen (rot) enthält eine PCR-Reaktion.
Multiplex-PCR
Als Beispiel für ein Konzept zur Durchführung vieler paralleler Amplifikationen (mehrere tausend simultane Reaktionen) ist hier ein statisches Konzept gezeigt. Die roten Tröpfchen in einem mäandernden Kanal enthalten alle für die PCR erforderlichen Substanzen, sind aber durch eine Mineralöl-Phase voneinander getrennt. Der Chip wird nach der Befüllung in einen Objektträger-PCR-Block für einen konventionellen Thermocycler eingelegt und die PCR-Lösungen amplifiziert. Wird der Mäander über verschiedene Heizzonen geführt, kann dieses Setup auch im Durchfluss verwendet werden.
Kontakt: Dr. Karin Potje-Kamloth, Stellv. Abteilungsleiterin Mikrofluidik und Analytik,
Tel.: +49 6131/990 247
