Point of care detection of botulinum neurotoxins Zusammenfassung: Botulinum neurotoxins (BoNT) are among the deadliest known toxins are relatively easy to produce and have been incorporated into military weapons. Therefore they have been ranked as an agent with highest priority concerning threats of bioterrorism. In addition to the potential deliberate misuse of BoNT natural outbreaks in farming and food manufacturing also constitute a typical point of care (POC) scenario for BoNT detection. In such a scenario fast (< 1 h) portable and automated on site detection of unknown BoNT types and forms is required. Existing POC systems for BoNT detection are suitable in specific fields of applications but are of limited use in such a scenario for several reasons. Possible disadvantages include: (i) the assay format does not allow for detection of a broad range of BoNT type and forms; (ii) the stage of developments are proof of concepts rather than thoroughly developed platforms; (iii) they are non automated or (iv) have been developed on immobile laboratory devices; (v) important engineering aspects such as the reagent pre storage or fabrication methods are neglected.In this thesis all these limitations are addressed starting with the long term storage and fabrication method: Reagent storage presents a major challenge not only for BoNT detection but for POC detection in general. On chip pre storage and automated release of reagents would circumvent on site pipetting steps which are otherwise necessary. This challenge is first addressed in this thesis with an ultrasonic welding parameter study that allows for sealing reagents in aluminium polyethylene (PE) composite film. These seals can be designed to open at defined burst pressures to release the reagents. The sealing time pressure and amplitude were varied within the range of 100 – 400 ms 50 – 250 kPa and 12 – 24 µm respectively. T peel tests and electron micrographs revealed four different peel regimes depending on the parameter combination: (I) Interlaminar peeling at low peel strength with uniform peeling along a weakly bonded PE lamination layer; (II) transition tearing at intermediate peel strength showing areas of interlaminar peeling and translaminar tearing; (III) translaminar tearing at high peel strength showing tears through the entire film; and (IV) undefined tearing at varying tear strength occurring when vibration effects during welding lead to insufficient contact of the films or high pressures lead to a displacement of PE. ... Zusammenfassung: Botulinum Neurotoxine (BoNT) gehören zu den stärksten bekannten Toxinen sind relativ einfach herstellbar und wurden bereits in militärischen Waffen integriert. Daher finden sich BoNT in der Kategorie von Toxinen von denen die größte Bedrohung durch Bioterrorismus ausgeht. Neben der möglichen vorsätzlichen Freisetzung von BoNT treten auch natürliche Ausbrüche in der Tierhaltung und Lebensmittelherstellung auf in denen Vor Ort Analysen benötigt werden. In solchen Szenarien werden schnelle (< 1 Stunde) tragbare und automatisierte Analysen von unbekannten BoNT Typen und Formen verlangt. Bereits entwickelte Vor Ort Systeme für die BoNT Detektion haben zwar ihre Berechtigung in spezifischen Anwendungsgebieten sie sind aber in einem der beschriebenen Notfallszenarien nur bedingt brauchbar: (I) Entweder erlaubt der Assay nicht die Detektion eines breiten BoNT Spektrums (II) das System wurde lediglich als Konzeptstudie beschrieben und liegt nicht als umfänglich entwickelte Plattform vor (III) es sind nicht automatisierte Systeme (IV) sie basieren auf stationären Laborgeräten oder (V) wichtige technische Aspekte wie die Reagenzienvorlagerung und Fabrikationsprozesse wurden nicht berücksichtigt.Im praktischen Teil dieser Arbeit werden diese erwähnten Beschränkungen ausgearbeitet beginnend mit der Reaganzienvorlagerung: Eine große Herausforderung in der Entwicklung von Vor Ort Analysen ist die langzeitstabile Vorlagerung von Reagenzien und deren automatisierte Freisetzung in Lab on a Chip (LOAC) Systemen. Eine in dieser Arbeit durchgeführte Parameterstudie für das Ultraschallschweißen erlaubt die Verpackung von Reagenzien in Aluminium Polyethylen Verbundfolie. Die Siegelnähte der verschweißten Verpackung können so ausgelegt werden dass sie bei einem definierten Druck delaminieren und die Reagenzien freisetzen. Die Siegezeit der Schweißdruck und die Ultraschall Amplitude wurden im Bereich 100 – 400 ms 50 – 250 kPa und 12 – 24 µm variiert und deren Einfluss auf die Siegelstärke untersucht. Mit T Peeltests und elektronenmikroskopischen Aufnahmen konnten vier Delaminationsbereiche in Abhängigkeit der Siegelparameter identifiziert werden: (I) Interlaminares Delaminieren bei tiefer Peelstärke mit einheitlicher Rissfläche entlang der Polyethylen Schichten; (II) der Übergangsbereich mit mittlerer Peelstärke in dem teilweise interlaminares und translaminares Delaminieren auftritt; ( ...