Meine Merkliste
my.bionity.com  
Login  

Perfektioniertes Minilabor

Biochemiker konstruierten neuen mikrofluidischen Mikroelektroden-Chip

07.12.2017

Bettina Goldbach

Der neue mikrofluidische Mikroelektroden-Chip

Manche Dinge muss man komplett neu denken. Wenn man beispielsweise an das erste Fahrrad der Welt denkt und anschließend an ein modernes Zweirad, kommt man dem, was Forscher am Biotechnologischen-Biomedizinischen Zentrum (BBZ) der Universität Leipzig im Rahmen eines von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Projekts geleistet haben, schon sehr nahe. Dabei handelt es sich nicht um etwas, was wir morgen im Alltag wiederfinden werden, aber um eine Entwicklung, die der Erforschung und Herstellung zukünftiger Wirkstoffe und Chemikalien extrem weiterhilft: Einen neuen, mikrofluidischen Mikroelektroden-Chip, auf dem Wirkstoffe viel besser und schneller getestet werden können.

Die Grundzutaten bei der Forschung des Teams um die Direktorin des BBZ, Prof. Dr. Andrea Robitzki, sind ein 49 mal 49 Millimeter großer Glas-Chip, Elektroden und Kammern für die zu testenden Zellen, die dazu gebracht werden, auf den Elektroden anzuwachsen. Das Ganze würde sich nicht "mikrofluidischer Mikroelektroden-Chip" nennen, wenn nicht noch Flüssigkeit mit im Spiel wäre. Dabei handelt es sich um neue Wirkstoffe, die an den lebenden Zellen erprobt werden. Das Problem dabei war bisher, wie Zelle und Flüssigkeit zusammen kamen. Denn beim gängigen Vorgehen wird mit Hilfe einer Pipette der Testwirkstoff in die mit Zellen präparierten Kammern geträufelt, so dass diese dann quasi ein Bad darin nehmen. "Das entspricht aber nicht den natürlichen Vorgängen in einem lebendigen Organismus", erläutert Prof. Dr. Andrea Robitzki das Problem, das die Forscher hatten. "Denn", so fährt sie fort, "normalerweise werden Zellen permanent von Nährstoffflüssigkeit umspült." Übersetzt ins Bild: Die Zellen baden im Körper zwar auch - aber nicht in der Wanne, sondern im Meer. Und zwar in einer sanften Strömung. "Also mussten wir die gesamte Chip-Konstruktion neu denken. Wie bekommen wir diesen Durchfluss hin? Welche Oberflächenbeschichtung des Chips brauchen wir, damit die Zellen in kurzer Zeit optimal anwachsen können, so dass sie durch die Flüssigkeit nicht einfach weggespült werden? Und wie müssen die Elektroden angeordnet sein, damit man die Zellreaktionen besser auslesen kann", zählt Prof. Robitzki die verschiedenen Herausforderungen, denen sich ihr Team gestellt hat, auf.

Eineinhalb Jahre Forschungsarbeit waren nötig - die angefüllt war mit Konstruktions- und Computersimulationsarbeit sowie zahlreichen Tests. Denn alles, was den neuen Chip ausmacht, wurde direkt in den Räumen des BBZ in der Leipziger Biocity selbst hergestellt. Das Ergebnis unterscheidet sich schon optisch deutlich vom Vorgängermodell. Statt neun zylinderförmiger Kammern, die im Quadrat auf dem Glas-Chip angebracht sind, handelt es sich nun um einen Chip, aus dem nur an wenigen Stellen weiche Silikonröhrchen ragen, leicht gebogen wie Strandgras. Sie sind die Zu- und Abflussleitungen für die Flüssigkeit. Die Zeiten der Pipette sind damit vorbei.

Die eigentlich Sensation, die den gewünschten Durchfluss ermöglicht, verbirgt sich jedoch im Inneren des Chips: Den Experten des BBZ ist es gelungen, in den Chip Kanäle und Zellkulturkammern zu integrieren, die lediglich 0,1 Millimeter hoch sind - also gerade mal so dick wie ein menschliches Haar. Aber: "Auf dem Chip musste die Elektrodenanordnung optimiert werden, damit die elektrischen Felder durch die flache Bauweise nicht gestört werden", erklärt Robitzki.

Und so funktioniert der neue Chip: Zuerst werden die Zellen eingespült und die Flüssigkeitszufuhr wieder gestoppt. Nach 30 Minuten sind die Zellen durch die neue Oberflächenbeschichtung auf den Elektroden angewachsen und der eigentliche Test kann beginnen. Nun fließt mit Hilfe einer Pumpe über die Silikonröhrchen permanent Flüssigkeit an die Zellen im Inneren des Chips heran, so dass sie - wie im Organismus auch - sanft umspült werden. Die Mess-Ergebnisse können sich sehen lassen: "Die Zellen reagieren viel schneller und deutlicher, als in dem bisherigen Verfahren", erklärt Prof. Dr. Andrea Robitzki. Begeistert fährt sie fort: "Wir bekommen also nicht nur bessere Daten, wir sparen auch Zeit und Wirkstoff! Durch die extrem flache Bauweise des Chips werden pro Testung nur noch Mengen im Mikroliter-Bereich benötigt." Und auch die neuen Mikroelektroden-Chips selbst tragen dazu bei, Ressourcen zu schonen - sind sie doch mehrfach wiederverwendbar.

In dem von der DFG geförderten Projekt im Rahmen der Forschergruppe FOR 2177" Integrierte chemische Mikrolaboratorien" konnte das Leipziger Forscherteam aus Biochemikern und Ingenieuren also einen großen, erfolgreichen Schritt machen. Aber sie sind mit ihren Forschungen zum Mikroelektrodenchip damit nicht am Ende. Es ist ja auch nicht davon auszugehen, dass das Fahrrad von heute auch morgen noch so aussehen wird, wie es das jetzt tut.

Fakten, Hintergründe, Dossiers
  • Mikroelektroden
  • Biochemiker
  • Universität Leipzig
  • mikrofluidische Biochips
  • Mikrofluidik-Chips
  • Oberflächenbeschichtung
  • Durchfluss
Mehr über Uni Leipzig
  • News

    Neues Risikogen bei chronischer Entzündung der Bauchspeicheldrüse identifiziert

    Ein internationales Forscherteam konnte unter der Federführung der Universitäten Leipzig und Halle einen neuen vererbbaren Mechanismus ausfindig machen, der zur Entstehung von Bauchspeicheldrüsenentzündungen (Pankreatitis) beiträgt. Diese neue Erkenntnis stellt einen wichtigen Schritt zur V ... mehr

    Forscher wollen Demenz präventiv bekämpfen

    Ungünstige Ernährung, zu wenig Bewegung, mangelnde geistige Förderung, all das sind Risikofaktoren für Demenz im Alter. Das Projekt "AgeWell.de" des Institutes für Sozialmedizin, Arbeitsmedizin und Public Health (ISAP) der Universität Leipzig will nun herausfinden, ob eine zeitgleiche posit ... mehr

    Lehrbücher müssen neu geschrieben werden: Ursprung des Nervensystems entdeckt

    Wissenschaftler der Universität Leipzig haben nach fünf Jahren intensiver Forschungsarbeit die Herkunft des menschlichen Nervensystems ergründet. Damit lösen sie eine Jahrzehnte alte Frage: Wurde unser Nervensystem und das Strickleiternervensystem von Insekten und Spinnen zweimal erfunden? ... mehr

  • Firmen

    Universität Leipzig

    Von jeher dem Vorbild der universitas litterarum verpflichtet, vereint die 1409 gegründete Universität Leipzig, die zweitälteste Universität Deutschlands, stärker als die meisten späteren Gründungen ein breites Spektrum wissenschaftlicher Disziplinen unter ihrem Dach. Sie besteht aus 14 Fak ... mehr

  • Forschungsinstitute

    Translationszentrum für Regenerative Medizin

    Das Translationszentrum für Regenerative Medizin (TRM) Leipzig entwickelt neuartige Diagnostik- und Therapieverfahren für die regenerative Medizin und überträgt diese in die medizinische Praxis. Das interdisziplinäre Forschungsspektrum reicht von neuen Behandlungsoptionen für neurologische ... mehr

  • Universitäten

    Universität Leipzig

    Die Universität Leipzig wurde im Jahr 1409 gegründet. Im Laufe ihrer Geschichte erlebte sie Höhen und Tiefen und entwickelte einen breiten Fächerkanon, der nahezu alle Wissenschaftsbereiche, mit besonderen Akzenten in den Geisteswissenschaften und Naturwissenschaften, umfasst. Nach umfangre ... mehr

Ihr Bowser ist nicht aktuell. Microsoft Internet Explorer 6.0 unterstützt einige Funktionen auf Chemie.DE nicht.