Deutscher Zukunftspreis 2004:
Labor auf dem Chip

Elektrische Biochiptechnologie ermöglicht preiswerte Labordiagnostik

und schnelle Vor-Ort-Analysen.


Ein Biochip verbindet aktive Biokomponenten mit Siliziumtechnologie. Mit ihm
kann man aus Proben Biomoleküle wie Nukleinsäuren oder Proteine detektieren.
Nach dem Schlüssel-Schloss- Prinzip binden auf dem Chip verankerte Biomole-
küle – sogenannte Fängermoleküle – zielsicher bestimmte andere Moleküle aus
einer Lösung. Damit entsteht ein hochempfindliches Sensorsystem für DNA oder
Proteine.

Dr. Hintsche und seinen Partnern ist es gelungen, diese biologischen Erkennungs-
prozesse direkt über elektrische Signale auf dem Chip auszulesen. Mit dieser In-
novation wurde die Basis für miniaturisierte, transportable und zugleich robuste
Analysesysteme geschaffen. Preiswerte Labordiagnostik und schnelle Vor-Ort-
Analysen zum Beispiel zum Auffinden von Giften sind mit dem "Labor auf dem
Chip" ebenso möglich wie die individuelle Kontrolle von Patientenmesswerten.

Gewinner des Deutschen Zukunftspreises 2004 (Foto: Ansgar Pudenz/Deutscher Zukunftspreis) Gewinner des Deutschen Zukunftspreises 2004
 Dr. Rainer Hintsche (Fraunhofer-Institut für Siliziumtechnologie ISIT, Itzehoe),
 Dr. Walter Gumbrecht (Siemens AG, Erlangen) und Dr.-Ing. Roland Thewes
 (Infineon Technologies, München)


Die Technologie der Biochips ist bekannt. Das Auslesen der Ergebnisse erfolgte
bisher mit einem Lichtstrahl oder anderen optischphysikalischen Merkmalen und
ist technisch aufwendig und kostenintensiv. Dr. Rainer Hintsche vom Fraunhofer-
Institut für Siliziumtechnologie, Itzehoe, hat in den vergangenen Jahren die wis-
senschaftlichen und anwendungstechnischen Grundlagen für das Messen der
Vorgänge ohne komplizierte Zwischenschritte gelegt. Das Fängermolekül löst,
sobald es sein Gegenstück gefunden hat, ein elektrisches Signal aus, das direkt
von einer Messelektronik ausgewertet wird.

Labor auf dem ChipDieses Prinzip wurde gemeinsam mit Partnern
aus der Industrie, mit Dr. Walter Gumbrecht
(Siemens AG) und Dr. Roland Thewes (Infineon
AG), weiterentwickelt. Das Ziel war, ökonomisch
sinnvolle, in Massentechnologie herstellbare
Sensorsysteme zu gestalten, die als miniaturi-
sierte Labors eingesetzt werden können.

Die wesentliche Voraussetzung für die Realisie-
rung solcher Sensorsysteme ist die Verbindung
von Siliziumchiptechnik und Mikrosystemtechnik.
Zum Labor auf dem Chip werden diese Chips
allerdings erst durch das Aufbringen von Flüs-
sigkeiten und Reagenzien auf die Sensorflächen.
Die Innovation besteht somit aus der Kombination von Siliziumtechnologie, miniaturisierter Fluidik und Biotechnologie, die auch durch die Einführung des Werkstoffes Gold in die Halbleitertechnik vorangebracht wurde.

Das Prinzip der elektrischen Biochips kann zum Beispiel in der Lebensmittel-
analytik, in der Pharmazie und in der Agro- und Umweltanalytik genutzt
werden. Ein besonderes Potenzial wird in scheckkartengroßen Kontroll- und
Diagnoseanwendungen gesehen, die personalisierte Analysen von individuellen
Patientenparametern für jedermann erlauben.


Fotos: Ansgar Pudenz/Deutscher Zukunftspreis