Bereich: Forschung, PublikationenSachgebiet: Chemie

Kleiner Mikrochip ermöglicht neue Einblicke in die Chemie

Komplexe chemische Prozesse auf kleinstem Raum

Integriertes Chiplabor zur kontinuierlichen Reinigung von Syntheseprodukten und deren Analyse mittels Massenspektrometrie.Foto: Institut für Analytische Chemie

Chemiker der Universität Leipzig haben ihren selbst entwickelten Mikrochip erweitert, der auf kleinstem Raum auch komplexe chemische Prozesse ermöglicht und ein großes Chemielabor ersetzen kann. Den Forschern um Prof. Dr. Detlev Belder vom Institut für Analytische Chemie gelang es damit, in ihren bereits im Jahr 2011 erstmals der Fachwelt präsentierten Mikrochip noch mehr neue Funktionen zu integrieren. Dies sei ein großer Schritt hin zur umweltfreundlichen chemischen Mikrosynthese, betonte Belder, der die neuesten Forschungsergebnisse seiner Arbeitsgruppe kürzlich in der Online-Ausgabe der renommierten Fachzeitschrift "Angewandte Chemie" veröffentlichte.

Anstelle gewöhnlicher Laborgeräte wie Reagenzgläser, Kolben oder Säulen setzen die Leipziger Forscher Mikrofluidikchips mit haarfeinen Kanälen ein. "Dadurch können nicht nur die benötigten Chemikalienmengen drastisch reduziert, sondern auch die chemischen Prozesse stark beschleunigt werden. Während in Computerchips Elektronen bewegt werden, besteht bei den Chemiechips die ungleich größere Herausforderung darin, winzige Flüssigkeitsmengen gezielt so zu manipulieren, dass chemische  Reaktionen wie gewünscht ablaufen und verfolgt werden können", erklärt Belder.

Für zwei wichtige Schritte im klassischen Chemielabor - den Nachweis von Verbindungen und die Reinigung von Gemischen - haben die Leipziger Forscher jetzt neue Lösungen präsentiert die auch in der Mikrowelt funktionieren. Ihnen gelang die nahtlose Kombination von Mikrosynthese, Reinigung und Überführung in ein Massenspektrometer in einem integrierten Chipsystem.

Darüber hinaus haben die Wissenschaftler in einem aktuellen Beitrag im Fachjournal "Chemical Communications" gezeigt, dass auch die Ramanstreuung  - die unelastische Streuung von Licht an Atomen oder Molekülen - genutzt werden kann, um chemische Prozesse in Mikrotropfen sekundengenau zu verfolgen. "Solche Methoden werden in der chemischen und pharmazeutischen Industrie dringend benötigt, um Prozesse schnell und unter minimalem Ressourcenverbrauch optimieren zu können", erörtert Belder. "Mit Hilfe der Chiptechnologie können gänzlich neue Werkzeuge erschaffen werden, mit denen beispielsweise die Entwicklung von Arzneistoffen künftig deutlich verkürzt und zudem auch noch viel ökonomischer und umweltfreundlicher durchgeführt werden kann."

Fachveröffentlichungen:

"Angewandte Chemie": Chip-basierte Freiflusselektrophorese mit integrierter Nanospray-Massenspektrometrie-KopplungDOI: 10.1002/ange.201409663

"Chemical Communications": On-chip monitoring of chemical syntheses in microdroplets via surface-enhanced Raman spectroscopyDOI: 10.1039/c4cc09595b