Biomolekulare optische Systeme

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1 FRAUNHOFER-INSTITUT f ü r an g e w an d te infor m ationste c hni k fit Biomolekulare optische Systeme BioMOS

2 F R A U N H O F E R - I N S T I T U T fü R A N G E WA N D T E I N F O R M AT I O N S T E C H N I K F I T Biomolekulare Optische Systeme BioMOS Die Abteilung für Biomolekulare Optische Systeme BioMOS ist eingegliedert in den Forschungsbereich Life Science Informatik des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Informationstechnik FIT. Fraunhofer BioMOS arbeitet mit seinem interdisziplinären Team aus Biologen, Chemikern, Informatikern, Ingenieuren und Physikern an der Erforschung theoretischer Zusammenhänge und an der Entwicklung von Analyse-, Diagnostik- und Screeningverfahren auf biomolekularer und zellulärer Ebene. Die biomolekularen optischen Systeme von BioMOS liefern eine Vielzahl interessanter Anwendungen. Das Spektrum reicht von Untersuchungen und Steuerungen der Zell ensembles im Mikroliterbereich bis hin zur Detektion ausgewählter Einzelmoleküle und der Integration von Detektionstechniken in Mikrofluidikstrukturen. Unsere Kernkompetenzen Einzelmolekülverfahren Entwicklung mikrofluidischer Systeme Entwicklung optischer Verfahren und Systeme Planung und Realisierung von Komplettsystemen Entwicklung und Integration von IT-Lösungen für die Diagnostik und Analyse

3 Unser Leistungsspektrum Mikrosystemtechnik Mikrofluidische Systeme; Integration; Hybrid-Technologie; kundenspezifische System- und Detaillösungen, Machbarkeitsstudien. Anwendung Schnelle Diagnostik; angepasste Systemlösungen; Portabilität: Rund-um-die-Uhr-Monitoring von Krankheiten. Optik Hochsensitive Detektion (LIF); Simulation; Konzeption und Entwicklung; kundenspezifische Systemlösungen. Anwendung Einzelmoleküldetektion (0D, 2D, 3D); Live-Cell-Monitoring. Bio-Systemtechnik Assayentwicklung; Assayintegration in Mikrosysteme; Integration biologischer Systeme in Mikrosysteme. Resultat High-Throughput-Screening; High-Content-Screening; präzise und zuverlässige Diagnostik. IT Informationssysteme für die Lebenswissenschaften; Bildverarbeitung und Analyse; schnelle Informationsverarbeitung durch Parallelprocessing.

4 B io m o l e k u l are O p tis c he S y ste m e B iom O S Bio-Systemtechnik Die Kompetenz im biologischen Laborbereich liegt in der Integration von biologischen und diagnostisch relevanten Assays in mikrofluidische Systeme. Ausgehend von Partikelmodifikationen, Fluoreszenzlabelling an Proteinen, über die Anpassung von Oberflächen für biologische Anwendungen bis hin zur optischen Vermessung der Fluoreszenzsignale und der Bestimmung der kinetischen Eigenschaften von biologischen Reaktionen werden alle Schritte auf die jeweilige mikrofluidische Situation angepasst und evaluiert. Weitere Applikationsfelder bestehen in der Etablierung und der Evaluierung von Antigen-Antikörper Sandwich-Assays für die Bestimmung von diagnostisch relevanten Parametern. Der umfangreiche Gerätepark der Labors erlaubt die Durchführung einer Vielzahl von molekularbiologischen Grundtechniken. Beispiele hierfür sind: UV VIS photometrische Messungen, Fluorimeter Messungen, Realtime PCR Methoden, Proteinaufreinigungen (FPLC) uvm. In naher Zukunft wird die Ausstattung mit Geräten zur Durchführung zellbasierter Anwendungen erweitert. Damit wird es dann auch möglich sein, verschiedene Zelltypen in mikrofluidischen Systemen zu kultivieren und Signalparameter abzuleiten.

5 Optik Ein weiteres Tätigkeitsfeld ist die wissenschaftliche und angewandte Optik. Unser Schwerpunkt liegt hier auf der Entwicklung von kundenspezifischen Systemlösungen, besonders auf dem Gebiet der hochsensitiven Detektion. Für die Konzeption der optischen Systeme verwenden unsere Ingenieure und Wissenschaftler moderne optische Konstruktionssoftware. Programme wie der Industriestandard ZEMAX oder die optomechanische Konstruktionssoftware TracePro ermöglichen es, die Entwicklungszeiten kurz zu halten und gewährleisten gleichzeitig eine hohe Qualität bereits in der Planungsphase.In unserem modern eingerichteten Laserlabor werden anschließend die erarbeiteten optischen Konzepte als Laboraufbau realisiert und anhand von präzisen Messungen evaluiert. BioMOS legt großen Wert auf engen Kundenkontakt während der gesamten Konzeptions- und Entwicklungsphase, um die kundenspezifisch optimale Lösung erarbeiten zu können. Neben der Entwicklung von optischen Systemen hat sich BioMOS auf die Integration von optischen Standardkomponenten spezialisiert. Hierbei nutzt BioMOS seine jahrelange Erfahrung im Umgang mit optischen Technologien, um qualitativ hochwertige Komponenten von ausgewählten Herstellern zu beziehen. Oftmals erfolgt zusätzlich eine mechanische Modifikation der Komponenten, um diese optimal in kundenspezifische Systeme integrieren zu können.

6 B io m o l e k u l are O p tis c he S y ste m e B iom O S Mikrosystemtechnik Im Rahmen der Entwicklung von Analyse-, Diagnostik- und Screeningverfahren für biologische Anwendungen hat BioMOS umfangreiche Kompetenzen im Bereich der Mikrofluidik erworben. Dazu gehört die Aufbau- und Verbindungstechnik, die eine Integration von Sensorik zum Aufbau eines Biochips und eine zuverlässige Schnittstelle zwischen Biochip und Messsystem ermöglicht. In seinem Reinraum (Klasse 1000) kann BioMOS mikrofluidische Strukturen basierend auf Silizium oder Kunststoffabformung für den Aufbau hybrider Mikrosysteme herstellen. Diese Systeme können mit Hilfe von CFD-Software modelliert und optimiert werden. BioMOS ist dadurch in der Lage, je nach Kundenwunsch die Entwicklung, Herstellung und Charakterisierung mikrofluidischer Systeme für unterschiedlichste Anwendungen im Bereich der Bioanalytik durchzuführen oder auch Unterstützung beispielsweise in Form von Detaillösungen oder Machbarkeitsstudien anzubieten.

7 Laborausstattung Molekularbiologielabor Genlabor der Sicherheitsstufe S1; CCD-System zur Auswertung von Elektrophoresegelen; DNA Sequenzierautomat; UV-VisSpektrophotometer / Fluorimeter; HPLC- und präparatives Chromatographiesystem; Pipettierroboter und Liquid-HandlingSystem. Reinraum Reinraum der Klasse 1.000; Fotomaskenentwurf; 3D-Fluidiksimulation; isotropes und anisotropes Ätzen; mikrofluidische Aufbau- und Verbindungstechniken. Laserlabor Einzelmolekültracker; Mikrofluidiksystem mit integrierter Fluoreszenzdetektion; Vielzahl von DPSS- und Halbleiter lasern; modulierbarer Argonionenlaser; gepulster Excimerlaser; ultraschneller und modulierbarer Bildverstärker; aufrechte und inverse Fluoreszenz- sowie Stereomikroskope; gekühlte CCD Kameras mit lichtempfindlichen Objektiven. Elektronik- und Computerlabor Großrechner auf FPGA-Basis; Standard-Messplatz für die Entwicklung von Digitalplatinen; CAE-Software für die Entwicklung komplexer Platinen; FPGA-Design-Software.

8 kontakt FIT Fraunhofer-Institut für Angewandte Informationstechnik FIT Dr. Harald Mathis Schloss Birlinghoven Sankt Augustin Telefon: Fax: