Digitale Mikrofluidik (DMF) zwecks SERS-Analyse auf einem Chip mit EWOD-/(w)OEW-getriebenen Analyt-Tropfen

• Antragsteller: Professor Dr. Detlev Belder; Professor Dr. Henning Fouckhardt
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 366065598

Leitfähige Flüssigkeitstropfen können mittels Elektrobenetzung (EWOD = electrowetting on dielectric) und Opto-Elektrobenetzung (OEW = opto-electrowetting) bewegt werden. Im Prinzip könnte das OEW-Kontrolllicht auch in der Ebene der Schichtenfolge unter dem Tropfen wellengeleitet werden (Idee Fouckhardt - wellenleitergestützte OEW = wOEW). Eine wichtige Anwendung liegt in der Tropfenmanipulation der digitalen Mikrofluidik (DMF, Lab-on-a-chip 2.0) in chemischen Chip-Laboratorien.Zum Durchbruch der Digitalmikrofluidik in der miniaturisierten Chemie fehlt es derzeit insbesondere an empfindlichen, zerstörungsfreien Detektionsverfahren, mit denen der zweifelsfreie Nachweis chemischer Substanzen in diskreten Tropfen auf dem DMF-Chip gelingt. Dafür soll im hier beantragten Projekt erstmals die oberflächenverstärkte Raman-Spektroskopie (surface-enhanced Raman scattering or spectroscopy, SERS) auf einem Chip evaluiert werden (Idee Belder), mit der gut auswertbare Schwingungsspektren erhalten werden können. Durch die Wechselwirkung der zu analysierenden Moleküle (in den Tropfen) zum Beispiel mit in den Tropfen dispergierten metallischen Nanopartikeln sollten große Signalverstärkungen erreicht werden können.Ziel des Vorhabens ist die erstmalige Verknüpfung von DMF and SERS sowie gleichzeitig Tropfenaktuierung mittels EWOD-OEW-wOEW. Durch die optisch induzierte Tropfenbewegung sollten sich neue Möglichkeiten zur Realisierung einfach aufgebauter Lab-on-a-chip-Systeme eröffnen.Durch die Zusammenarbeit der Arbeitsgruppen Belder und Fouckhardt ergeben sich Synergien, mit denen der DMF-Technik in der Anwendung auf chemische Chip-Laboratorien zum Durchbruch verholfen werden soll. Dabei liegt der Fokus der Gruppe Belder auf der SERS-Detektion innerhalb der DMF-Systeme. Die Gruppe Fouckhardt engagiert sich insbesondere bei der Weiterentwicklung der Aktuierung mittels EWOD und OEW - möglichst bis hin zu wOEW.In enger Kooperation soll auch das Potenzial fester SERS-Metalltargets untersucht werden, die ggf. gleichzeitig als elektrische Kontakt- und optische Spiegelschichten für die EWOD/(w)OEW Technologien genutzt werden könnten. Die Multifunktionalität der Bauelementkomponenten ist im Sinne einer weiteren Miniaturisierung der DMF-Lab-Chips grundsätzlich begrüßenswert.Im Prinzip könnte für jede der SERS-Target-Varianten jede der drei Aktuierungsvarianten, also EWOD, OEW oder wOEW, eingesetzt werden. Die (vorläufige) Zuordnung im Arbeitsprogramm erfolgt im Sinne einer zeitlichen Abstimmung der Arbeitspakete der beteiligten beiden Gruppen.Für die Tropfenaktuierung kann OEW (gegenüber wOEW) oder sogar EWOD (gegenüber wOEW und OEW) notfalls als fall-back-position verstanden werden. Schon die Kombination von DMF und SERS und EWOD-Aktuierung wäre neu.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen