Biomolekulare Informationsverarbeitung in vernetzten Mikroflussreaktoren

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In dieser Arbeit wird die Entwicklung eines programmierbaren Mikroflusssystems beschrieben, das automatisierte Selektion und Amplifikation von Nukleinsäuren ermöglicht. Das System zielt darauf ab, die allgemeine Fähigkeit zur Verarbeitung biomolekularer Informationen zu demonstrieren. Zunächst wird es zur Lösung eines Problems im Bereich des DNA Computings eingesetzt, wobei ein komplexes mathematisches Problem in eine Form gebracht wird, die mit biochemischen Mitteln gelöst werden kann, ähnlich den Arbeiten von Leonard Adleman. Anschließend wird eine kontinuierlich evolvierende Ribozymreaktion integriert, um die Verbindung zwischen Informationstechnik und praktischen Anwendungen, wie der evolutiven Optimierung von Biomolekülen, herzustellen. Die Dissertation fokussiert sich auf experimentelle Techniken in kontinuierlichen Flusssystemen, einschließlich der spezifischen Selektion von Nukleinsäuren, deren lichtgesteuerter Immobilisierung sowie dem elektrischen und mechanischen Transport durch Elektrodenarrays und mobile Festphasen. Um Materialverluste bei der Selektion auszugleichen, wird ein Schema für eine isothermale, chemische PCR entwickelt und eine transkriptionsbasierte Amplifikationsreaktion integriert. Zudem wird eine Methode zur Konstruktion von DNA-Bibliotheken zur Lösung des DNA Computing Problems erarbeitet und verschiedene Design-Ergebnisse experimentell verglichen.