Entwicklung von optischen Systemen für die kombinatorische Materialablagerung und die großflächige Detektion im Rahmen von Hochdurchsatzverfahren
Creators: name: Bojničić-Kninski, Clemens Von
Publisher: name: Karlsruhe
Year: 2018

description: 2,6 Milliarden €, so viel kostet heutzutage die Entwicklung eines erfolgreichen neuen Medikamentes durchschnittlich. Von der Entdeckung des Wirkstoffes bis zur Marktreife des Medikamentes können leicht 10 Jahre oder mehr vergehen. Arzneimittelhersteller haben deshalb ein großes Interesse, diese Kosten und den erforderlichen Zeitaufwand zu reduzieren. Neuartige Hochdurchsatzverfahren können dabei helfen, diese beiden Ziele zu erreichen.
Am Anfang einer Medikamentenentwicklung steht die Suche nach einem Wirkstoff, die Molekülauswahl. Hochdurchsatzverfahren ermöglichen, eine große Zahl von Experimenten in kurzer Zeit kostengünstig durchzuführen.
Bevor ein Hochdurchsatzverfahren überhaupt zum Einsatz kommen kann, stellen sich zunächst zwei Fragen: Wie kann eine große Zahl an Experimenten in möglichst kurzer Zeit durchgeführt werden und wie können die Ergebnisse dieser Experimente zeitnah ausgewertet werden?
Die Antwort auf die erste Frage liefert das in dieser Arbeit vorgestellte Verfahren des Selective Particle Transfer zur Erzeugung von ultra-hochdichten Molekülmustern. Hierbei werden Mikropartikel mit eingebetteten Molekülen aus ausgewählten Vertiefungen eines mikrostrukturierten Glas-Ausgangsträgers in die darunterliegenden Vertiefungen eines geeignet mikrostrukturierten Zielträgers transferiert. In einem laserinduzierten Vorwärtstransferprozess werden diese Partikel durch Ablation einer Goldschicht in den Vertiefungen des Ausgangsträgers thermisch in Richtung des Zielträgers ausgetrieben. Durch den Einsatz von mikrostrukturierten Substraten konnte eine Spotdichte erreicht werden, die deutlich über dem gegenwärtigen Stand der Technik vergleichbarer Methoden liegt. Die höchste in dieser Arbeit durch Selective Particle Transfer erreichte Spotdichte beträgt 1 000 000 cm-2.
Zur Beantwortung der zweiten Frage bietet sich die Auslese auf Basis der Fluoreszenz an. Zur großflächigen Detektion von fluoreszierenden Proben wurde ein optisches System entwickelt, das auf Erkenntnissen der erweiterten Makrofotografie beruht. Durch Vergrößerung des Abstandes zwischen Objektiv und Kamerakörper konnte eine deutlich höhere Auflösung im Vergleich zur konventionellen Fotografie erzielt werden. Als Modellprobe dienten fluoreszenzmarkierte Mikropartikel in den Vertiefungen eines mikrostrukturierten Glassubstrats. Partikel mit unterschiedlichen Monomeren wurden zu ihrer Unterscheidung mit verschiedenen Quantum Dots markiert. Zur Anregung von Quantum Dots wird im Gegensatz zu Fluorophoren nur eine einzige LED-Lichtquelle benötigt. Um die emittierte Fluoreszenz detektieren zu können, wurden Filter eingesetzt, die die Anregungswellenlängen blockieren. In dieser speziellen Konfiguration sind keine spezifischen Fluoreszenzfilter erforderlich. Es kann folglich ein großer spektraler Bereich von 475 nm bis 600 nm simultan detektiert werden. Durch Austausch der LED-Lichtquelle gegen eine UV-Lampe können Fluorophore sogar im Deep-UV Bereich angeregt werden. Das entwickelte System ist in der Lage, bei einer Auflösung von 5 µm eine Fläche von 9,2 mm x 6,1 mm in einer einzigen Aufnahme zu erfassen und übertrifft damit herkömmliche Mikroskope um den Faktor 14.