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Mit der Entwicklung wässriger Tropfen, die mit einer schützenden Hülle magnetisierbarer, hydrophober Partikel umgeben sind, ergeben sich neue Möglichkeiten im Bereich der Mikrofluidik. So können die Tropfen als flüssige Mikroreaktoren eingesetzt werden. Der wässrige Kern dieser Mikroreaktoren besteht aus einer Substratlösung für enzymatische Umsetzungen. Durch Bewegen der Mikroreaktoren können diese über immobilisierten Enzymen positioniert werden, um so einen enzymatischen Umsatz innerhalb der Mikroreaktoren zu realisieren. Hierfür wurde eine neue Mikroreaktorplattform-Technologie etabliert. Die Mikroreaktoren können aufgrund ihrer magnetisierbaren Hüllenpartikel über elektromagnetische Spulen bewegt werden. Die Bewegung erfolgt dabei mit einer automatisierten Aktuatorplattform, bestehend aus einer 3x3 Doppelspulenmatrix mit Magnetkernen. Als modellhaftes Reaktionssystem wird eine Enzymkaskade eingesetzt, die sich aus einer b-Glucosidase, Glucose-Oxidase und Meerrettichperoxidase zusammensetzt. Primär untersuchte Substrate sind Fluorescein-di-b-D-glucopyranoside, und 1-(3,7-Dihydroxy-10H-phenoxazin-10-yl)-ethanon, bei deren Umsatz fluoreszierende Produkte entstehen.
In this study, we show that synthetic sapphire (Al₂O₃), an established implant material, can also serve as a platform material for biosensors comparable to nanocrystalline diamond. Sapphire chips, beads, and powder were first modified with (3-aminopropyl) triethoxysilane (APTES), followed by succinic anhydride (SA), and finally single-stranded probe DNA was EDC coupled to the functionalized layer. The presence of the APTES-SA layer on sapphire powders was confirmed by thermogravimetric analyis and Fourier-transform infrared spectroscopy. Using planar sapphire chips as substrates and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) as surface-sensitive tool, the sequence of individual layers was analyzed with respect to their chemical state, enabling the quantification of areal densities of the involved molecular units. Fluorescence microscopy was used to demonstrate the hybridization of fluorescently tagged target DNA to the probe DNA, including denaturation- and re-hybridization experiments. Due to its high thermal conductivity, synthetic sapphire is especially suitable as a chip material for the heat-transfer method, which was employed to distinguish complementary- and non-complementary DNA duplexes containing single-nucleotide polymorphisms. These results indicate that it is possible to detect mutations electronically with a chemically resilient and electrically insulating chip material.