SMWA: MAC-1 – Microfluidic Assembly Card 1

Die DNA-Origami-Methode ist eine molekulare Nanotechnologie, bei der einzelne lange, cyclische DNA-Stränge durch kurze komplementäre Oligonukleotide (Klammer-Stränge, engl. staple strands) gezielt in definierte zweidimensionale oder dreidimensionale Strukturen gefaltet werden. Das Prinzip nutzt die hohe Spezifität der Basenpaarung, um komplexe, selbstassemblierende Formen im Nanometermaßstab zu erzeugen. DNA-Origami hat sich als Schlüsseltechnologie in der Nano(bio)technologie in den letzten 10 Jahren stark etabliert, da die Fähigkeit, DNA-Strukturen exakt zu formen, zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten eröffnet, wie bspw. als präzise Wirkstoffträger in der Medizin, Bindungsplattformen für Biosensoren oder als nanometergenaue Masken für lithographische Verfahren in der Halbleiterindustrie. Dennoch ist die Herstellung von DNA-Origami-Strukturen heute noch überwiegend manuell, zeitaufwendig, ressourcenintensiv und nicht standardisiert. Jeder Schritt – vom thermischen Falten über die Funktionalisierung bis hin zur Reinigung – wird händisch durchgeführt und erfordert Fachwissen, Erfahrung, Spezialgeräte sowie viel Zeit. Das limitiert nicht nur die Skalierbarkeit, sondern auch den Transfer aus dem Forschungslabor in die wirtschaftliche Anwendung. Da DNA-Origami-Strukturen üblicherweise hochkonzentriert in µL-Volumina produziert werden, sind sie sehr gut geeignet für die Produktion in einem mikrofluidischen Aufbau. Ziel des Projektes ist daher die Entwicklung einer innovativen, mikrofluidischen Plattform zur schnellen, automatisierten und standardisierten Herstellung (Assembly) und Reinigung von DNA-Origami-Strukturen. Durch Kombination einer Heizstrecke zur Faltung und einer neuartigen gel-basierten Aufreinigung der DNA-Origami innerhalb einer Flusszelle soll ein Tool entstehen, welches die Synthese von DNA-Origami-Strukturen schneller, reproduzierbarer und ressourcenschonender gestaltet, als es die herkömmlichen, sequenziellen Produktionsweisen ermöglichen.