Mikrotechnische Entwicklung eines biochemischen Analysegerätes zur Blutalkoholbestimmung

In der vorliegenden Dissertation sind die technologischen Grundlagen für die Herstellung von Mikroanalysesystemen erarbeitet worden. Hierbei wurde besonders auf die Entwicklung und Optimierung von Prozeßparametern im Bereich der Fotolithographie, der Schichtabscheidung, der Naßchemie und der Verbindungstechnik eingegangen. Für einzelne Prozesse sind charakteristische Probleme und typische Fehler aufgeführt, sowie verschiedene Lösungsansätze vorgestellt worden. Für die Ansteuerung mikrofluidischer Komponenten wie Mikropumpen und Ventile, die zur Steuerung von Flüssigkeiten und Gasen in Mikroanalysesystemen eingesetzt werden, sind unterschiedliche Antriebsmechanismen untersucht worden. Nachdem der Herstellungsprozeß dieser mikrotechnischen Aktoren optimiert wurde, sind die Aktoren charakterisiert und für die Ansteuerung der einzelnen Komponenten bewertet worden. Zur Steuerung von Fluiden wurden unterschiedliche Ventile und Pumpen hergestellt. Es hat sich dabei gezeigt, daß es nicht die optimale Mikropumpe oder das universell einsetzbare Ventil gibt. Vielmehr muß in jedem Fall analysiert werden, welcher Typ im aktuellen Mikrosystem am effektivsten eingesetzt werden kann. Ist dies jedoch geschehen, so kann man auf einen großen Fundus von hier vorgestellten und mikrotechnisch realisierten Fluidikkomponenten wie Fließkanäle, aktive,- und passive Ventile, Mikropumpen und Durchflußsensoren zurückgreifen. Zur Demonstration, wie sich aus den einzelnen mikrofluidischen Komponenten ein komplexes Mikroanalysesystem aufbauen läßt, ist ein System zur Bestimmung des Blutalkoholgehalts entwickelt worden. Hieran wurden die Möglichkeiten gezeigt, die sich aus der Kombination der Fachgebiete Chemie, Biologie, Elektronik und Mikrosystemtechnik ergeben. Das mikrotechnisch hergestelle Alkoholmeßsystem setzt als biologische Komponente das Enzym Alkoholoxidase ein, mit dem Alkohole in Anwesenheit von Sauerstoff zu ihren Aldehyden und Wasserstoffperoxid oxidieren. Die Funktionsweise des Meßgerätes beruht darauf, daß der Körper nach Genuß eines alkoholhaltigen Getränkes eine zum Blutalkoholgehalt proportionale Alkoholmenge über die Haut ausscheidet. Dieser Alkohol gelangt in das Mikrosystem und bildet in einer biochemischen Reaktion Wasserstoffperoxid, das bei einer amperometrischen Messung zu Sauerstoff oxidiert. Aus der Größe des fließenden Stroms läßt sich der Alkoholgehalt bestimmen. Messungen mit dem entwickelten mikrotechnischen Alkoholmeßsystem auf der Hautoberfläche unterschiedlicher Testpersonen zeigten, daß mit diesem Verfahren schon geringe Mengen Alkohol, wie sie durch Genuß von zwei Gläsern Sekt in den Körper gelangen, sicher über Hautausdünstungen detektiert werden können.