Biomolekulare Informationsverarbeitung in vernetzten Mikroflussreaktoren

In dieser Arbeit wird die Entwicklung und Konstruktion eines programmierbaren Mikroflusssystems beschrieben, das eine automatisierte Selektion und Amplifikation von Nukleinsäuren ermöglichen. Das System soll nicht zur Lösung eines speziellen Problems dienen, sondern generell die Fähigkeit zur Verarbeitung biomolekularer Informationen besitzen. Um die Fähigkeit der Informationsverarbeitung zu demonstrieren wird das System zunächst zur Lösung eines Problems aus dem Bereich des DNA Computings verwendet. Wie in den Arbeiten von Leonard Adleman wird auch hier ein komplexes mathematisches Problem in eine Form gebracht, in der es mit biochemischen Mitteln, in diesem Fall durch die spezifische Selektion von Nukleinsäuresequenzen, gelöste werden kann. Anschließend wird eine kontinuierlich evolvierende Ribozymreaktion in das Mikrosystem integriert, um die Brücke von der Informationstechnik als Selbstzweck zu einer der möglichen praktischen Anwendungen zu schlagen - der evolutiven Optimierung von Biomolekülen. Die Dissertation konzentriert sich hauptsächlich auf experimentelle Techniken für die Arbeit in kontinuierlichen Flusssystemen. Dazu gehört die spezifische Selektion von Nukleinsäuren, ihre lichtgesteuerte Immobilisierung und der elektrische und mechanische Transport mittels Elektrodenarrays bzw. mobiler Festphasen. Um den mit der Selektion verbundenen Materialverlust zu kompensieren wird ein Schema für eine isothermale, chemische PCR entwickelt und als Alternative eine transkriptionsbasierte Amplifikationsreaktion in das System integriert. Außerdem wird für die Lösung des DNA Computing Problems eine Methode zur Konstruktion von DNA-Bibliotheken entwickelt und unterschiedliche Design-Ergebnisse experimentell miteinander verglichen.