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Realisierung von Mikrofluidikchips aus photosensitivem Glas für nanostrukturierte Zellträgersysteme

27.11.2014

Dreidimensional mikrostrukturierte Zellträger spielen eine Schlüsselrolle in der Herstellung künstlicher Gewebe. Prozesse wie Zellproliferation und Zelldifferenzierung lassen sich hierbei über die definierte Einstellung struktureller und geometrischer Eigenschaften beeinflussen.

Durch Ausnutzung des Mehrphotoneneffektes ist es möglich, Schwellenenergiedichten diskret im Glasvolumen von Lithium-Aluminium-Silicatgläsern zu applizieren, um im Laserfokus photochemische Gefügemodifizierungen zur Herstellung „vergrabener“ Strukturen im Submikrometerbereich zu erzielen. Diese können dann als mikrofluidisches Setup in Verbindung mit einem miniaturisierten Kultivierungssystem genutzt werden.


Modellierung eines mikrofluidischen Kreuzes in den einzelnen Prozessschritten. (a) Computer Modell, (b) Aufnahme nach der Temperung, (c) und (d) geätzte Strukturen nach 25 bzw. 45 Minuten.

Bei photosensitivem Glas handelt es sich um Lithium-Aluminium-Silicatgläser, die zusätzlich mit mehreren Oxiden dotiert sind. Hervorzuheben ist hierbei das Silberoxid Ag2O. Während des Belichtungsprozesses werden Elektronen angeregt und diese wiederum rekombinieren mit den Silberionen.

Das dadurch entstandene atomare Silber clustert während des auf den Belichtungsprozess folgenden Temperregimes zu den sogenannten Silberkeimen. Auf diesen Silberkeimen strukturiert sich das umgebene amorphe Lithium-Silicat wiederum zu einer kristallinen Phase, welche im letzten Prozessschritt, dem nasschemischen Ätzen, herausgewaschen werden kann.

Die im Verbundprojekt entwickelten Technologien sollen genutzt werden, um die Zelladhäsion, -migration, -proliferation und -differenzierung durch Variation der Belichtungsparameter gezielt einstellen zu können. Erwiesen ist beispielsweise, dass sich Stammzellen durch Variation des Untergrunds unterschiedlich entwickeln.

So differenzieren Stammzellen auf weichem Untergrund eher zu Nervenzellen und auf hartem Untergrund bevorzugt zu Zellen des muskuloskelettalen Systems.

Hierfür muss nun zuerst ein geeignetes mikrofluidisches System in das photosensitive Glas geschrieben werden. Entscheidend sind die jeweiligen Belichtungsparameter. Mithilfe dieser Parameter werden nun im Glas unterschiedliche Rautiefenprofile generiert, mit deren Hilfe das Differenzierungsverhalten von Testzellen beeinflusst werden sollen.

Das Forschungsprojekt des Institutes für Bioprozess- und Analysenmesstechnik (iba) e.V. „3D Mikro- und Nanostrukturierung photosensitiver Gläser mit Hilfe von NIR-Femtosekundenlaserstrahlung für Zellträgerstrukturen in Mikrofluidikchips“ (FKZ: LI 916/11-1, Zuwendungsgeber: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG), Laufzeit: 01.04.2013 - 31.03.2015) wird gemeinsam mit dem Fachgebiet „Anorganisch-nichtmetallische Werkstoffe“ der Fakultät für Maschinenbau an der Technischen Universität Ilmenau bearbeitet.

Weitere Informationen
Prof. Dr.-Ing. Klaus Liefeith, Institut für Bioprozess- und Analysenmesstechnik (iba) e.V., Heilbad Heiligenstadt, Telefon: 03606 / 671 500, E-Mail: klaus.liefeith@iba-heiligenstadt.de


Weitere Informationen:

http://www.iba-heiligenstadt.de

Sebastian Kaufhold | idw - Informationsdienst Wissenschaft

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