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Konzeption, Design und Fertigung eines mikrofluidischen Enzymreaktors zur Kohlenhydratanalytik

Problemstellung

Die wesentliche Idee besteht darin, sehr kleine Eupergitkugeln in einer Reaktionskammer gefangen zu halten. Dies gelingt durch eine entsprechende Mikrostrukturierung der Kammerein- und -ausgänge. Auf den Eupergitkugeln sind Moleküle immobilisiert, die für die eigentliche enzymatische Reaktion mit der Saccharose verantwortlich sind, indem die Saccharose in Fructose und die mittels Dickschichtelektroden nachweisbare Glucose zerlegt wird.

Halterung für die GOD1)-Sensoren wurden aus hochwertigem PMMA hergestellt, das eine gute Zerspannung garantiert, der Deckel besteht aus einem PMMA2) Grundkörper und einer Reaktionskammer aus PDMS3), das die Mikrostrukturen enthält. Die Entwicklung begann mit CAD/CAM. Zuerst wurde die Basisplatte konstruiert. Hierbei handelte es sich um ein rechteckiges Modul mit den Abmessungen 54,2 mm x 51,2 mm x 11,7 mm (Länge x Breite x Höhe). Es wurden zwei Bohrungen für die Gewinde von M3 Schrauben eingeplant, sowie Bohrungen für Schrauben und deren Köpfe, die die GOD4)-Sensoren derart an die Reaktorplatte andrücken, dass die Dichtigkeit des Systems gewährleistet ist. Die Konstruktion der Basisplatte ist in (Abb. 1) zu sehen.

Abb.1
Basisplatte

Basisplatte des Sensorsystems mit Aufnahmen für die beiden Befestigungsschrauben der GOD5)-Sensoren (große Löcher oben links und unten rechts) und den zwei Gewindebohrungen M3 für die Halterungsschrauben (oben und unten).

Die nächste Aufgabe war die Konstruktion der Halterung für die GOD6)-Sensoren. Wie oben erwähnt, war hier besonders darauf zu achten, die Abmessungen der GOD7)-Sensoren exakt einzuhalten, gleichzeitig musste gewährleistet werden, dass die Sensoren sowie die Oxidase-Ringe weiterhin wieder leicht zu entfernen waren. Dies ist für eine gründliche Reinigung von den zuckerhaltigen Lösungen, für die der vorliegende Sensor verwendet wird, unerlässlich. Das Modul für die GOD8)-Sensoren ist in (Abb. 2) dargestellt.

Abb.2

Halterung der GOD9)-Sensoren mit Aussparungen für die Sensoren, so wieden O ringen (Mitte) und Gewindebohrlöchern für M3 Schrauben (rechts und links)

Übungsaufgabe

1)GOD: Glucose-Oxidase
2)PMMA: Polymethylmethacrylat
3)PDMS: Polydimethylsiloxan
4)GOD: Glucose-Oxidase
5)GOD: Glucose-Oxidase
6)GOD: Glucose-Oxidase
7)GOD: Glucose-Oxidase
8)GOD: Glucose-Oxidase
9)GOD: Glucose-Oxidase
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