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Medizinische und Biologische Experimente: Nicht mehr im Labor sondern auf einem Chip

Informatiker der Uni Bremen forschen gemeinsam mit indischen Partnern an der Entwicklung von Lab-on-Chips / Das Projekt wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert

Viele medizinische und biologische Experimente lassen sich nur mit großem Aufwand durchführen. Verschiede Proben wie beispielsweise Blut oder Urin werden mit bestimmen Reagenzien gemischt – manchmal auch erhitzt – um bestimmte Reaktionen auszulösen. Man verbindet damit Menschen im Labor, die mit Pipette und Reagenzgläsern entsprechende Experimente durchführen. Diese Versuche sind langwierig und teuer. Zudem stehen entsprechende Labore nicht immer zur Verfügung. Die Lösung lautet: Biochips oder so genannte Lab-on-Chips. Sie sind eine vielversprechende Alternative zu klassischen Laboren. Deren Entwurf und Umsetzung erfordert aber Expertise aus vielfältigen Gebieten. Zusammen mit Partnern aus Indien, insbesondere aus dem renommierten Indian Statistical Institute in Kalkutta, forschen Informatikerinnen und Informatiker der Arbeitsgruppe Rechnerarchitektur unter Leitung von Professor Rolf Drechsler bereits seit längerem an entsprechenden Fragestellungen. Nun werden sie dabei auch von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) unterstützt. Sie finanziert nun mehrmonatige Aufenthalte der indischen Partner in Bremen.

Experimente auf wenigen Quadratzentimetern

Bei Lab-on-Chips werden kleinste Tropfen der oben genannten Flüssigkeiten mit Hilfe eines elektromagnetischen Feldes auf einem Chip gehalten und bewegt. Auf diese Weise lassen sich Tropfen mischen oder auf speziellen Heizstellen erhitzen. Vielfältige Operationen, die bisher nur im Labor durchgeführt werden konnten, lassen sich damit auf wenigen Quadratzentimetern im Chip umsetzen. Entsprechende Geräte können dann z.B. von Patienten selbst im Alltag benutzt werden. Das geschieht bereits beispielsweise bei Diabetes-Patienten.

Obwohl erste Geräte mit solchen Biochips bereits in Asien oder den USA kommerziell vermarktet werden, gibt es noch großen Forschungsbedarf. So müssen die Bewegungen und Operationen der Flüssigkeiten auf dem Chip korrekt gesteuert werden. Gleichzeitig gilt es entsprechende medizinische und biologische Randbedingungen zu erfüllen. Im Rahmen des Projektes „Design Automation for Synthesis and Formal Verification of Digital Microfluidic Lab-on-Chip“ sollen automatische Lösungen entwickelt werden, welche den Entwurf entsprechender Chips trotz dieser Herausforderungen in größerer Breite möglich machen.

Intensive Kooperation mit Indien

Diese Kooperation reiht sich damit in vielfältige weitere Aktivitäten mit Indien ein. Der Subkontinent ist seit längerer Zeit eine Schwerpunktregion der Universität Bremen. Die Arbeitsgruppe Rechnerarchitektur arbeitet bereits seit vielen Jahren intensiv mit den Kolleginnen und Kollegen in Indien. Nicht zuletzt wurde kürzlich der Bremer Projektleiter Drechsler als Gastprofessor an die Elite-Universität IIT Kharagpur berufen.