Neuer Ansatz zum Sortieren von Tröpfchen in Mikrochips

Chemiker der Universität Leipzig haben einen neuen Ansatz zum Sortieren einzelner Tröpfchen gefunden, die durch haarfeine Kanäle eines Mikrochips sausen. Dies gelingt, indem die Tröpfchen mit extrem kurzen Laserschüssen bestrahlt werden. Dann wird gemessen, wie lange die einzelnen Antwortblitze dauern. Diese Technologie könnte die Entwicklung maßgeschneiderter Medikamente beflügeln. Die Chemiker um Prof. Dr. Detlev Belder und Sadat Hasan haben ihre neuen Erkenntnisse kürzlich in dem renommierten Fachjournal „Lab on a Chip“ veröffentlicht.

Die Forscher der Universität Leipzig entwickelten ein automatisierbares Verfahren für den Mikrokosmos: Mit einem Chip-System gelingt die Auslese winziger Tröpfchen, die mit bloßem Auge nicht unterscheidbar sind. Bewegte Tröpfchen in einem Mikrokanal werden dazu mit einem Kurzpulslaser beschossen, so dass Substanzen, die in der Tropfenflüssigkeit gelöst sind, mit einem ebenfalls sehr kurzen Aufleuchten antworten.

„Im Gegensatz zu bisher bekannten Verfahren wird jetzt aber nicht nur registriert, wie hell dieses ausgesandte Fluoreszenzlicht ist, sondern wie schnell es abklingt. Hierfür wird die Ankunftszeit einzelner Photonen gemessen und aufsummiert. Das nennt sich dann zählen zeitkorrelierter Einzelphotonen. Diese Prozesse finden im Nano- bis Picosekunden-Bereich statt, also etwa eine Milliarde Mal schneller als ein Lidschlag“, erklärt Belder. Mit dem erhaltenen Messwert werden die Tropfeninhalte unterscheidbar und können über integrierte Elektroden in verschiedene Behältnisse gelenkt werden.

„Solche Werkzeuge zum Sortieren von Mikroobjekten, zum Beispiel einzelne Zellen, sind von großer Bedeutung in den Lebenswissenschaften und der Medizin“, sagt Hasan. Ein wichtiges Anwendungsfeld ist das Sortieren einzelner Zellen für die Entwicklung maßgeschneiderter Medikamente, wie in der personalisierten Medizin. Die Erforschung neuer Werkzeuge für den chemischen Mikrokosmos steht im Fokus der von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) finanzierten Forschergruppe „Integrated Chemical Microlaboratories“ (In-Chem) an der Universität Leipzig.

Originaltitel der Veröffentlichung in „Lab in a Chip“:

Fluorescence lifetime-activated droplet sorting in microfluidic chip systems
Lab Chip 2019, 19, 403-409