Selektiv beschichtete Membranen aus Aluminiumoxid und Silizium für Anwendungen in der Biosensorik

Das Ziel des Projektes am Fraunhofer Institut für Werkstoffmechanik (Fh-IWMH) ist die Entwicklung und Einsatzqualifizierung von selektiv beschichteten Membranen aus Silizium und Aluminiumoxid für Anwendungen in der Biosensorik. Der neue innovative Kern dieses Teilprojektes, das in enger Zusammenarbeit mit dem Teilprojekt der SmartMembranes GmbH bearbeitet werden soll, ist dabei die Entwicklung von dreidimensionalen Biochip-Arrays. Der neuartige Übergang von planen 2D zur porösen 3D Matrix ermöglicht durch die deutliche Vergrößerung der nutzbaren Oberfläche die signifikante Erhöhung der Sondenanzahl und dichte verbunden mit der einer erheblichen Erhöhung der Messempfindlichkeit- und -geschwindigkeit bei gleichzeitiger Miniaturisierung der Chipgröße und Verringerung des benötigten Probenvolumens. Im Projekt werden verschiedene poröse Membransysteme aus Silizium und Aluminiumoxid durch elektrochemische Ätzverfahren hergestellt, charakterisiert und für die Anwendung als Biochip-Array evaluiert. Durch neuartige Strukturierungen und Stabilisierungen der porösen Membranen sollen zusätzlich zu der neuartigen dreidimensionalen Oberflächenmorphologie auch die mechanische Stabilität sowie eine Durchsatzsteigerung erzielt werden. Dies soll mittels mechanischer Prägung oder Laserbasierenden Strukturierungen des Grundmaterials sowie durch eingebrachte Stabilisierungen aus Metallen oder Polymeren erfolgen. Nach einer Oberflächenaktivierung werden die senkrecht zur Oberfläche angeordneten parallelen Poren der entwickelten Membranen mit Biosonden funktionalisiert. Die hohe Regelmäßigkeit des Porenarrays erlaubt dabei die unterschiedlichen Bereiche exakt zu adressieren und man erzielt somit eine Erhöhung der Reproduzierbarkeit sowie hohe Effizienz und Flexibilität für simultane Analysen. Die zu analysierende Substanz wird abhängig von der Arraydimension durch Kapillarkräfte oder Filtration durch die Spotkanäle der Membranen geleitet, so dass die präsenten Moleküle an den gebundenen Biosonden in Wechselwirkung treten. Die Bindung wird im Anschluss mit Hilfe eines Farb- oder Fluoreszenzfarbstoffes sichtbar gemacht.