Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Berührungslose Zellmanipulation mittels Elektrowetting

07.03.2013
Viele biologische Zellen sind empfindlich gegenüber mechanischen Belastungen wie z.B. Scherstress, verursacht durch das Mischen in Bioreaktoren oder das Transportieren mittels Pumpen.

Um diese Zellen trotzdem hinsichtlich verschiedenster Eigenschaften untersuchen zu können, sind stressarme und zerstörungsfreie Manipulationstechniken notwendig. Dazu zählen insbesondere Techniken mittels elektrischer Felder.


Tropfen auf Mikroelektroden. Bei einer angelegten Spannung von 0 V ergibt sich ein Kontaktwinkel von 166° (links) und bei 6 V ein Kontaktwinkel von 146° (rechts).


FEM-Simulation einer mittels Elektrowetting aktivierten Tropfenbewegung

Am Institut für Bioprozess- und Analysenmesstechnik e.V. in Heilbad Heiligenstadt wurden im Rahmen von zwei EU-Projekten Techniken zur Manipulation von miniaturisierten, tropfenförmigen Mikrobioreaktoren entwickelt. Darin befinden sich Zellen, die wachsen und untersucht werden sollen. Aber auch chemische Reaktionen können darin ablaufen.

Diese Mikroreaktoren mit einem Volumen von 50nL bis zu 20µL bestehen aus wässrigen Flüssigkeiten (z.B. Zellkulturmedium) und sind eingeschlossen in einer zweiten Flüssigkeit, die sich nicht mit diesen Tröpchen mischt. Die Mikrobioreaktoren nehmen darin die Form einer Kugel ein und können sowohl auf einer Fläche verteilt (2D-Anordnung) als auch in einem Mikrokanal (2D-Anordnung) angeordnet sein.

Entsprechend der Applikation und der Größe der Mikrobioreaktoren befinden sich in unmittelbarer Nähe auf einem geeigneten Substrat Mikroelektroden. Wird an diese Mikroelektroden eine Spannung angelegt, bildet sich ein inhomogenes elektrisches Feld aus, welches eine Kraft auf die Mikrobioreaktoren ausübt (Effekt des Elektrowetting, siehe Abbildung). Diese Kraft kann dazu genutzt werden, die Mikrobioreaktoren gezielt zu bewegen, zu splitten oder zu vereinigen. Solche Funktionen sind notwendig, um die Mikrobioreaktoren z.B. zu Sensoren zu transportieren, um den Austausch von Kulturmedium zu ermöglichen oder die Tröpfchen nach ihren Eigenschaften bzw. den Eigenschaften der darin wachsenden Zellen zu sortieren.

Im Rahmen der o.g. Projekte, die u.a. auch die Integration von Forschern aus europäischen Staaten in Forschungsinstitute anderer Länder fördern, wurden sowohl optimierte Elektrodenstrukturen und Technologien zur Realisierung der Elektroden als auch zum Erzeugen von robusten Isolationsschichten auf den Elektroden entwickelt, da die Manipulationsmöglichkeiten der Tropfen auch von der Werkstoffoberfläche wesentlich beeinflußt werden. Mittels numerischer Finite-Elemente (FEM-)Methoden konnten die wesentlichen Parameter vorab auch simuliert werden Intensive Untersuchungen führten zu dem Ergebnis, dass für reproduzierbare Manipulationen der Mikrobioreaktoren Spannungen von lediglich 6 V ausreichend sind. Da Spannungen in dieser Größenordnung von biologischen Zellen toleriert werden, ist damit eine wesentliche Voraussetzung für das Vermeiden von irreversiblen Zellschädigungen erfüllt.

Die Forschungsarbeiten wurden mit Mitteln des 6. und 7.Rahmenprogramms der EU (Förderkennzeichen: FP6-29857 und FP7-247784) gefördert.

Sebastian Kaufhold | idw
Weitere Informationen:
http://www.iba-heiligenstadt.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Zebras: Immer der Erinnerung nach
24.05.2017 | Senckenberg Forschungsinstitut und Naturmuseen

nachricht Wichtiges Regulator-Gen für die Bildung der Herzklappen entdeckt
24.05.2017 | Universität Basel

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Orientierungslauf im Mikrokosmos

Physiker der Universität Würzburg können auf Knopfdruck einzelne Lichtteilchen erzeugen, die einander ähneln wie ein Ei dem anderen. Zwei neue Studien zeigen nun, welches Potenzial diese Methode hat.

Der Quantencomputer beflügelt seit Jahrzehnten die Phantasie der Wissenschaftler: Er beruht auf grundlegend anderen Phänomenen als ein herkömmlicher Rechner....

Im Focus: A quantum walk of photons

Physicists from the University of Würzburg are capable of generating identical looking single light particles at the push of a button. Two new studies now demonstrate the potential this method holds.

The quantum computer has fuelled the imagination of scientists for decades: It is based on fundamentally different phenomena than a conventional computer....

Im Focus: Tumult im trägen Elektronen-Dasein

Ein internationales Team von Physikern hat erstmals das Streuverhalten von Elektronen in einem nichtleitenden Material direkt beobachtet. Ihre Erkenntnisse könnten der Strahlungsmedizin zu Gute kommen.

Elektronen in nichtleitenden Materialien könnte man Trägheit nachsagen. In der Regel bleiben sie an ihren Plätzen, tief im Inneren eines solchen Atomverbunds....

Im Focus: Turmoil in sluggish electrons’ existence

An international team of physicists has monitored the scattering behaviour of electrons in a non-conducting material in real-time. Their insights could be beneficial for radiotherapy.

We can refer to electrons in non-conducting materials as ‘sluggish’. Typically, they remain fixed in a location, deep inside an atomic composite. It is hence...

Im Focus: Hauchdünne magnetische Materialien für zukünftige Quantentechnologien entwickelt

Zweidimensionale magnetische Strukturen gelten als vielversprechendes Material für neuartige Datenspeicher, da sich die magnetischen Eigenschaften einzelner Molekülen untersuchen und verändern lassen. Forscher haben nun erstmals einen hauchdünnen Ferrimagneten hergestellt, bei dem sich Moleküle mit verschiedenen magnetischen Zentren auf einer Goldfläche selbst zu einem Schachbrettmuster anordnen. Dies berichten Wissenschaftler des Swiss Nanoscience Institutes der Universität Basel und des Paul Scherrer Institutes in der Wissenschaftszeitschrift «Nature Communications».

Ferrimagneten besitzen zwei magnetische Zentren, deren Magnetismus verschieden stark ist und in entgegengesetzte Richtungen zeigt. Zweidimensionale, quasi...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Meeresschutz im Fokus: Das IASS auf der UN-Ozean-Konferenz in New York vom 5.-9. Juni

24.05.2017 | Veranstaltungen

Diabetes Kongress in Hamburg beginnt heute: Rund 6000 Teilnehmer werden erwartet

24.05.2017 | Veranstaltungen

Wissensbuffet: „All you can eat – and learn”

24.05.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Hochspannung für den Teilchenbeschleuniger der Zukunft

24.05.2017 | Physik Astronomie

3D-Graphen: Experiment an BESSY II zeigt, dass optische Eigenschaften einstellbar sind

24.05.2017 | Physik Astronomie

Optisches Messverfahren für Zellanalysen in Echtzeit - Ulmer Physiker auf der Messe "Sensor+Test"

24.05.2017 | Messenachrichten