In Zukunft könnte es einen handlichen Kunststoffchip geben, mit dem sich Krankheiten innerhalb weniger Minuten diagnostizieren lassen: Er trennt einen Blutstropfen selbstständig in seine Bestandteile auf und kann diese auch analysieren, berichten seine US-amerikanischen Entwickler. Der Prototyp des Chips ist zudem klein, tragbar, billig herzustellen und benötigt keine Zusatzelemente, um die Blutproben aufzubereiten. Damit könnten künftig beispielsweise Krankheiten wie HIV oder Tuberkulose in wenigen Minuten erkannt werden.
“Die Idee, ein echtes ‘Labor auf einem Chip’ zu entwickeln, existiert schon eine ganze Weile”, sagt Co-Autor Ivan Dimov von der University of California in Berkeley. “Allerdings waren die meisten bisherigen Systeme nicht wirklich autonom. Bei unserem System sind nun jedoch keine externen Verbindungen oder Schläuche mehr notwendig. Daher könnte es ein echtes patientennahes Diagnoseinstrument werden.”
Das neue Mini-Labor namens SIMBAS – für “selbststeuerndes integriertes Mikrofluid-Blut-Analyse-System” – besitzt mehrere Kanälchen von der Dicke eines menschlichen Haares, unter denen sich eine Reihe von Schlitzen befindet. Wird Blut auf den Chip gegeben, setzen sich die relativ schweren roten und weißen Blutkörperchen in den Schlitzen ab, so dass nur das klare Blutplasma übrig bleibt. Damit die Flüssigkeit anschließend in den Analyse-Bereich des Chips transportiert wird, nutzen die Wissenschaftler einen Trick: Sie bewahren den Chip in einem Vakuum auf, so dass sich am Kunststoff anhaftende Luftmoleküle ablösen. Bei Bedarf setzen sie das Mini-Labor wieder dem normalen Luftdruck aus, wobei die Gasmoleküle erneut an das Material andocken. Das erzeugt eine kleine, aber ausreichende Druckdifferenz, um das Blutplasma im Chip zur Analyseeinheit wandern zu lassen.
Damit gelang es den Forschern in einem ersten Test, 99 Prozent der roten und weißen Blutkörperchen in den Schlitzen aufzufangen und das Blutplasma gezielt zu extrahieren. “Der Chip funktioniert allein mit Hilfe der Schwerkraft und benötigt keine externen Energiequellen mehr”, begeistert sich Dimov. Um nachzuweisen, dass sich mit dem SIMBAS-System auch tatsächlich Blutanalysen durchführen lassen, platzierten Lee, Dimov und ihr Team fünf Mikroliter (Tausendstel Milliliter) Blut auf dem Chip, das winzige Spuren von Vitamin B7 enthielt. Die Biodetektoren seien in der Lage gewesen, den Gehalt des Vitamins innerhalb von nur 10 Minuten zu bestimmen, berichten die Wissenschaftler.
“Ein solcher Chip ist eine sehr wichtige Entwicklung für die Gesundheitsdiagnostik auf der ganzen Welt”, ist Lee überzeugt. Neben Infektionskrankheiten könnte er in Zukunft die Diagnose von Krebs, Herzerkrankungen oder einer Sepsis ebenso ermöglichen wie die Feststellung einer Schwangerschaft. Wann der Chip tatsächlich verfügbar sein könnte, ist bislang allerdings unklar.
Luke Lee (University of California, Berkeley) et al: Lab on a Chip, doi: 10.1039/c0lc00403k dapd/wissenschaft.de – Christine Amrhein
