3D-Biochips und komplettes Analysesystem für biochemische Analysen

Infineon kündigte heute die Verfügbarkeit von Flow-Thru-Biochips für optische Auswerteverfahren an. Diese Biochips sind miniaturisierte Probenträger aus Silizium, auf denen gleichzeitig Hunderte bis Tausende von biomolekularen Untersuchungen durchgeführt werden können. Dazu passend steht ein komplettes Bioanalyse-System zur Verfügung, das von Infineon gemeinsam mit dem Partnerunternehmen MetriGenix vermarktet wird. Im Unterschied zu herkömmlichen planaren Biochips aus Glas mit zweidimensionaler Sensor-Oberfläche arbeitet der Biochip von Infineon mit einem dreidimensionalen Mikroarray, einem Netzwerk aus feinen Mikrokanälen, die den Chip von der Ober- bis zur Unterseite durchziehen. Die Flow-Thru-Chip (FTC)-Technologie und das Analysesystem ermöglichen ein skalierbares, flexibles Medikamenten-Screening mit deutlich reduziertem Zeitaufwand, höherer Automatisierung, verbesserter Empfindlichkeit und weniger Bedarf an Testmaterial und Reagenzien.

Ein von Infineon entwickeltes spezielles Fertigungsverfahren ätzt auf nur einem Quadratzentimeter Chipfläche etwa eine Million feinster Kanäle. Deren Durchmesser beträgt jeweils nur zehn Mikrometer - das ist ein Zehntel des Durchmessers eines menschlichen Haares - ihre Länge etwa einen halben Millimeter. Etwa 100 dieser Mikrokanäle werden je Sondenmolekül genutzt. Ein Chip ist typischerweise mit 100 bis 400 Sondenmolekülen bzw. Genabschnitten (Spots) konfiguriert.

Ein weiteres spezielles Merkmal der FTC-Technologie ist, dass die zu untersuchenden Moleküle (Analyten) mehrmals im Chip hin und her gepumpt werden. Dadurch ist die Reaktionsgeschwindigkeit bei der Hybridisierung nicht mehr von der zeitraubenden Diffusion abhängig und weitaus schneller als bei planaren Biochips. Durch die Kanalstruktur können 100mal mehr Moleküle miteinander reagieren als bei flächigen Biochips. Das macht den Test empfindlicher.

Die Analyse mit dem FTC erfolgt in mehreren Schritten: Zuerst werden die Mikrokanäle einer Auftragsstelle mit bekannten Genen bestückt, die sich dicht an dicht an den Wänden der Kanäle absetzen. Anschließend werden die zu untersuchenden Proben, die zuvor mit einem Wirkstoffkandidaten behandelt wurden, im so genannten Flow-Thru-Verfahren mehrmals in den Kanälen hin und her gepumpt. Nur die passenden Gene der Probe docken sich dabei an die bekannten Gene an der Kanalwand (Schlüssel-Schloss-Prinzip) an. Ausschließlich an diese bindet der in einem weiteren Schritt zugegebene Farbstoff und gibt dabei ein Licht ab. Von einer CCD- (Charge Coupled Device) Kamera erfasst und an einen Rechner weitergegeben, wird das Ergebnis am Bildschirm ausgewertet. Verglichen wird das Lichtmuster der gesunden Probe mit dem der behandelten Probe. Stimmen sie überein, hat der Wirkstoff gewirkt. Die Analyse, ob eine Substanz wirkt oder nicht, ist einfach und schnell.

"Im Bereich der Biotechnologie will Infineon durch die Weiterentwicklung bestehender Halbleitertechnologien preisgünstige chip-basierte Lösungen entwickeln und fertigen", sagte Dr. Thomas Klaue, Leiter des Business Development und verantwortlich für die Biochip-Aktivitäten von Infineon. "Zusammen mit kompetenten Partnern stellen wir komplette Systemlösungen zur Verfügung, die die pharmazeutische Entwicklung und medizinische Diagnostik durch innovative Technologien vereinfachen, verbessern, verbilligen und beschleunigen."

Die FTC-Technologie bietet durch die speziellen physikalischen Eigenschaften und das Design zahlreiche Vorteile: hohe Empfindlichkeit, große reaktive Oberfläche, hoher Signal-/Rauschabstand durch das Grundmaterial Silizium, kurze Analysezeiten (etwa zwei bis drei Stunden, statt wie bisher einen halben oder ganzen Tag), geringer Reagenzienverbrauch und zudem eine automatische Hybridisierung und Auswertung. Alles in allem heißt das: zuverlässige Ergebnisse in kurzer Zeit zu niedrigen Kosten und bei einfacher Handhabung. Durch die chip-basierte Systemlösung lassen sich beispielsweise in der Medikamentenentwicklung Wirkstoffe schneller und kostengünstiger als heute üblich untersuchen und auswerten. Damit leisten Biochips einen wesentlichen Beitrag dazu, die Kosten für die Arzneimittelentwicklung zu senken.

Quelle: Infineon