Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Mikrofluidische Charakterisierung miniaturisierter Systeme auf Basis der Flüssigkeitschromatografie zur Steigerung der Effizienz und des Probendurchsatzes

Das Ziel des Projektes besteht in der mikrofluidischen Charakterisierung miniaturisierter Systeme auf Basis der Flüssigkeitschromatografie, um den Nutzen für die Umwelttechnik, die Arzneistoffforschung und die in der Wertschöpfungskette assoziierten Branchen zu erschließen. Es soll die übergeordnete Frage beantwortet werden, welche maximale Trenneffizienz sich mit miniaturisierten Trennsäulen erzielen lässt, die einen Innendurchmesser von 300 µm aufweisen und mit ultra-kleinen Partikel mit einem Durchmesser zwischen 1,3 µm und 1,9 µm gepackt sind, wenn alle Außer-Säulen Volumina, die zu einem signifikanten Verlust der intrinsischen Trenneffizienz beitragen, auf das zum gegenwärtigen Zeitpunkt technisch mögliche Mindestmaß reduziert werden. Direkte Profiteure von diesem Vorhaben finden sich in der Analyse-, Bio- und Labortechnik und in den Auftrags- und Routinelaboratorien im Bereich der Hochdurchsatzanalytik.

Innerhalb des beantragten Projektes soll die Basis zur Etablierung eines Multiplexingverfahrens zur Generierung sehr schneller Analysenzykluszeiten untersucht werden. Nach erfolgreicher Bearbeitung des Projektes liegen Erkenntnisse vor, inwieweit der Einsatz hocheffizienter miniaturisierter Trenntechnik dazu beitragen kann, den stets steigenden Anforderungen an die Analytik unter Berücksichtigung der Ressourceneffizienz bei gleichzeitiger Erhöhung des Probendurchsatzes zu begegnen. Dies wiederum gewährleistet eine langfristige Wettbewerbsfähigkeit und Wirtschaftlichkeit für Routine- bzw. Auftragslaboratorien. Vor diesem Hintergrund profitieren insbesondere die in Deutschland ansässigen KMU am meisten von den in diesem Forschungsvorhaben angestrebten Ergebnissen, da sich viele KMU bereits auf die genannten Sektoren spezialisiert haben. Durch das hier beantragte Forschungsvorhaben können weitere Marktsegmente erschlossen bzw. hochspezialisierte Produkte entwickelt werden.

Ergebniszusammenfassung:

Die erfolgreiche Bearbeitung des Projektes führte zu einem Erkenntnisgewinn, auf dessen Basis eine quantitative Aussage zu den Einflussfaktoren verschiedener Außer-Säulenvolumina auf die Trennleistung eines miniaturisierten HPLC-Systems getroffen werden kann. Dadurch ist es möglich, eine differenziertere Antwort auf die Frage zu geben, welche weiteren technischen Entwicklungsziele zukünftig und im Anschluss an das hier bearbeitete Forschungsvorhaben verfolgt werden sollten. Zum einen ist es technisch möglich, den Partikeldurchmesser der stationären Phase in den sub 1 µm-Bereich zu reduzieren, zum anderen muss ein Gesamtkonzept für ein integriertes miniaturisiertes HPLC-System entwickelt werden, sodass die intrinsische Trenneffizienz ultra-kleiner Partikel auch für praktische Anwendungen nutzbar wird. Des Weiteren wurde im Rahmen des Projektes ein Konzept auf Basis der additiven Fertigung entwickelt, mit dessen Hilfe chromatografische Multiplexing-Systeme zukünftig realisiert werden können.

Die im Vorhaben gewonnenen Forschungsergebnisse bilden die Grundlage für eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten in allen Bereichen der instrumentellen Analytik. KMU aus den Bereichen der wissenschaftlichen Geräte- und Säulenhersteller haben einen unmittelbaren Nutzen von den erzielten Forschungsergebnissen. Dieser leitet sich aus der Verfügbarkeit der Forschungsergebnisse ab, die die Grundlage für weitere Produktentwicklungen im Bereich Hardware bilden.

Als besonders innovativ erwies sich der technische Lösungsansatz der additiven Fertigung. Zukünftige Entwicklungsprojekte werden daher das Ziel verfolgen, additive Fertigungsverfahren für mikrofluidische Anwendungen nutzbar zu machen. Insbesondere für KMU würde sich die Chance bieten, hochspezialisierte und hochindividuelle Fertigungsverfahren bei hoher Flexibilität einzusetzen. Dies betrifft KMU aus den Sparten Analysen- und Messtechnik, Bio- und Medizintechnik, sowie chemische und pharmazeutische Industrie.