Centrifugal microfluidics for nucleic acid analysis at the point of care Zusammenfassung: The analysis of nucleic acids is an essential pre requisite for initialisation of evidence based therapy of many genetic inherited or infectious diseases in which the presentation of the clinical symptoms is non specific or certain sequence patterns on the nucleic acid strand are associated with a pathological indication. Compared to conventional culture based methods nucleic acid analysis provides an obvious benefit in specificity and reduction in time to result. In time critical situations and in settings where access to centralized labora tories for sample analysis is limited nucleic acid analysis conducted directly at the “point of care” would be desired. However the complex workflow for analysis typically comprising cell lysis nucleic acid purification amplification and detection hinders the automation in portable systems and consequently only few point of care systems are available.Aim of this thesis was the development of a centrifugal microfluidic cartridge for nucleic acid analysis that potentially could be operated at the point of care. To achieve this goal several sub goals including the development of a process chains for nucleic acid extraction and for multiplex nucleic acid amplification were defined. These process chains were finally co integrated on one cartridge for sample to answer nucleic acid analysis.Initially a unit operation for transportation of magnetic beads between several microfluidic chambers was developed. Here bead transport was solely depending on the azimuthal position of the cartridge with respect to a locally fixed external permanent magnet ‘transport magnet’. This implementation allowed an isoradial arrangement of the microfluidic chambers thereby circumventing one of the basic limitations for integration of complex assays on the centrifugal microfluidic cartridge: the arrangement of consequtive assay steps in radial direction from the cartridge center towards the rim. Yield of bead transport through three microfluidic chambers was measured to 82.6 % ± 3.6 %. With this unit operation DNA from Listeria innocua lysates and lambda phages was purified with recoveries of up to 68 % ± 24 % and 43 % ± 10 % respectively compared to manual reference. The unit operation was then completed by a second external permanent magnet ‘collection magnet’ to collect beads in liquid volumes as large as 1 mL before they are transported out of the liquid into the adjacent microfluidic chamber ... Zusammenfassung: Die Analyse von Nukleinsäuresequenzen ist die Grundlage für die Einleitung von evidenzbasierten Therapien vieler infektions genetisch und erblich bedingter Krankheiten insbesondere wenn sich diese durch eine unspezifische Symptomatik präsentieren oder Sequenzmuster auf dem Nukleinsäurestrang mit einem pathogenen Befund assozziert sein können. Konventionellen kulturbasierten Verfahren ist die Nukleinsäureanalytik vor allem durch eine höhere Spezifizität und eine geringere Analysezeit überlegen. Für zeitkritische Fragestellungen und in Umgebungen in denen kein Zugang zu einer zentrallabor basierten Diagnostik besteht wäre eine Durchführung der Analyse am sogenannten Point of Care wünschenswert. Die Vielzahl der erforderlichen Einzelschritten wie Zelllyse Nukleinsäureaufreinigung Amplifikation und Detektion erschwert jedoch eine Automatisierung der Analyse erheblich. Aus diesem Grund sind erst wenige Point of Care Systeme am Markt verfügbar. Ziel der vorliegenden Arbeit war die Entwicklung einer zentrifugal mikrofluidischen Kartusche für die Nukleinsäureanalytik die potentiell am Point of Care eingesetzt werden kann. Um dieses Ziel zu erreichen wurden mehrere Teilziele einschließlich der Entwicklung von zentrifugal mikrofluidischen Prozessketten zur Nukleinsäureextraktion und Amplifikation definiert. Anschließend wurden die entwickelten Prozessketten gemeinsam in eine Kartusche integriert um den vollständigen Ablauf der Analyse von der Probenaufgabe bis zum Ergebnis automatisiert abzubilden. Zu Beginn wurde eine mikrofluidische Einheitsoperation zum Transport magnetischer Partikel zwischen mehreren mikrofluidischen Kammern entwickelt. Der Transport der Partikel basierte in dieser Entwicklung auf der einfachen azimuthalen Positionierung der Kartusche bezüglich eines externen und stationären Permanentmagneten dem „Transport Magneten“. Mit diesem Aufbau war es möglich die mikrofluidischen Kammern auf der Kartusche isoradial anzuordnen um so eine grundlegende Limitierung für die Integration komplexer Analyseprozeduren auf der zentrifugalen Mikrofluidik die Anordnung aufeinander folgender Prozessschritte in radiale Richtung zu umgehen. Nach dem Transport durch drei mikrofluidische Kammern wurde die Ausbeute der Beads in der letzten Kammer zu 82.6 % ± 3.6 % bestimmt. Mit der entwickelten Einheitsoperation konnte anschließend DNA aus Listeria innocua Lysaten und Lambda phagen mit eine ...